JP4023066B2 - Light source device, and illumination optical system and projector including the same - Google Patents

Description

によってあらわされる形状であることが好ましい。
【０００９】
こうすれば、非球面の形状を容易に決定することができる。また、この式に基づいて決定された非球面を有するレンズを用いれば、球面収差をかなり小さくすることができるので、光源装置から射出される光の平行度をかなり向上させることができる。
【００１０】
上記光源装置において、前記非球面は凹面であることが好ましい。この場合、レンズを楕円リフレクタの第１焦点と第２焦点の間に配置することができるため、光源装置を小型化することが可能である。
【００１１】
このとき、前記非球面レンズは、前記楕円リフレクタの開口面に接合されているようにしてもよい。こうすれば、光源装置をさらに小型化することができるとともに、非球面レンズを光源装置の前面ガラスとして機能させることが可能となる。
【００１２】
しかしながら、上記光源装置において、前記非球面は凸面としても構わない。
【００１３】
上記光源装置において、レンズの非球面を凹面または凸面とし、かつ、前記射出面が非球面である場合、前記非球面は回転楕円面形状を有することが好ましい。
【００１４】
射出面を非球面とした場合、射出される光線束の直径を小さくすることができる。従って、光源装置を照明光学系やプロジェクタに用いる場合において、光源装置より光路下流側に配置される光学素子の大きさを小さくすることができるため、照明光学系やプロジェクタを小型化できるという効果がある。さらに、射出面を非球面とした場合、射出される光線束の面内照度のばらつきを比較的小さくすることができるという効果もある。
【００１５】
また、このとき、回転楕円面は、前記非球面と光源光軸との交点を原点、前記光源光軸をＺ軸、前記光源光軸と直交する軸をｒ軸としたｒθＺ円柱座標系における座標値をｒおよびＺとし、近軸曲率をｃとし、円錐定数をＫとしたとき、
【数７】

によってあらわされる形状であり、
前記楕円リフレクタは、前記反射面と前記光源光軸との交点を原点、前記光源光軸をＺ軸、前記光源光軸と直交する軸をｒ軸としたｒθＺ円柱座標系における座標値をｒ_R、Ｚ_Rとし、近軸曲率をｃ_Rとし、円錐定数をＫ_Rとしたとき、
【数８】

によって表される形状であり、
−０．８＜Ｋ_R＜−０．５であることが好ましい。
【００１６】
このようにすれば、回転楕円面の形状を容易に決定することができる。また、この式に基づいて決定された非球面を有するレンズを用いれば、球面収差をかなり小さくすることができるので、光源装置から射出される光の平行度をかなり向上させることができる。
【００１７】
上記光源装置において、レンズの非球面を凹面または凸面とし、かつ、前記射出面が回転楕円面である場合、レンズの入射面は球面とすることが好ましい。
【００１８】
このようにすれば、レンズの入射面において光が屈折を受けないようにすることができ、従って、さらに平行度の高い射出光を得ることが可能となる。尚、入射面が平面である場合は、入射面を球面とした場合に比べると射出光の平行度がやや悪くなるが、非球面レンズの一方を平面とすることにより、非球面レンズを比較的安価に制作することができるという利点がある。
【００１９】
また、レンズの非球面を凹面または凸面とし、射出面を回転楕円面とし、入射面を球面とした場合の当該回転楕円面は、前記非球面と光源光軸との交点を原点、前記光源光軸をＺ軸、前記光源光軸と直交する軸をｒ軸としたｒθＺ円柱座標系における座標値をｒおよびＺとし、近軸曲率をｃとし、円錐定数をＫとし、前記レンズの屈折率をｎとしたとき、
【数９】

によって表される形状とすることが好ましい。このようにすれば、回転楕円面の形状を容易に決定することができる。
【００２０】
この光源装置において、前記非球面レンズの前記入射面に、紫外線反射膜が形成されているようにしてもよい。こうすれば、紫外光が光源装置から射出されないようにすることができる。また、放電灯から射出された紫外光が反射されて、再度、放電灯に戻ることにより、光源装置から射出される可視光の強度を向上させることができる。
【００２１】
上記光源装置において、レンズの非球面を凹面または凸面とし、かつ、前記入射面が非球面である場合、前記非球面は回転双曲面形状を有することが好ましい。
【００２２】
入射面を非球面とした場合、楕円リフレクタの反射面で反射された光は、レンズの入射面で平行化され、射出面では屈折作用を受けないようにすることができる。従って、より平行度の高い射出光を得ることが可能となる。
【００２３】
また、このとき、回転双曲面は、前記非球面と光源光軸との交点を原点、前記光源光軸をＺ軸、前記光源光軸と直交する軸をｒ軸としたｒθＺ円柱座標系における座標値をｒおよびＺとし、近軸曲率をｃとし、円錐定数をＫとし、前記レンズの屈折率をｎとしたとき、
【数１０】

によってあらわされる形状であることが好ましい。
【００２４】
このようにすれば、回転双曲面の形状を容易に決定することができる。また、この式に基づいて決定された非球面を有するレンズを用いれば、球面収差をかなり小さくすることができるので、光源装置から射出される光の平行度をかなり向上させることができる。
【００２５】
この光源装置において、前記非球面レンズの前記射出面は平面であり、前記非球面レンズの前記射出面に、紫外線反射膜が形成されているようにしてもよい。こうすれば、紫外光が光源装置から射出されないようにすることができる。また、放電灯から射出された紫外光が反射されて、再度、放電灯に戻ることにより、光源装置から射出される可視光の強度を向上させることができる。
【００２６】
上述の光源装置は、光源装置から射出された光を複数の部分光線束に分割するレンズアレイと、前記レンズアレイによって分割された前記部分光線束を照明領域上で重畳させる重畳レンズと、を備える照明光学系において、光源装置として用いることが可能である。
【００２７】
また、照明光学系において、非球面レンズの入射面を回転双曲面形状とし、射出面を平面とする光源装置を用いる場合には、レンズアレイは、非球面レンズの射出面に設けられていてもよい。こうすれば、照明光学系を小型化することが可能となる。
【００２８】
また、上述の光源装置は、光源装置が照明する照明領域としての光入射面を有し、前記光源装置からの入射光を画像情報に応じて変調する電気光学装置と、前記電気光学装置によって変調された光を投写する投写光学系と、を備えたプロジェクタにおいて、光源装置として用いることが可能である。
【００２９】
上述の光源装置を照明光学系やプロジェクタの光源として用いることにより、光の利用効率を向上させて、投写される画像の明るさを向上させることが可能である。
【００３０】
【発明の実施の形態】
Ａ．光源装置１５０Ａ：
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる光源装置１５０Ａを示す説明図である。光源装置１５０Ａは、放電灯２２とリフレクタ２４とからなる光源ランプ２５と、非球面レンズ３０Ａとを備えている。リフレクタ２４は、光源光軸２０ａｘに軸対称な回転楕円体からなる反射面２４Ｒを有する楕円リフレクタである。回転楕円体は、例えば、ガラスを用いて形成されている。反射面２４Ｒには誘電体多層膜が形成されている。なお、反射面２４Ｒには、アルミニウム膜や銀膜などの金属反射膜を形成するようにしてもよい。
【００３１】
放電灯２２は、放射状に光を射出する。放電灯２２の中心２２ｃは、楕円リフレクタ２４の光源光軸２０ａｘ上における２つの焦点のうち、楕円リフレクタ２４により近い方の焦点（第１焦点）の位置に配置されている。ここで、放電灯の中心とは、放電灯２２のアークの中心を意味している。放電灯２２から射出された放射光は、楕円リフレクタ２４によって反射され、反射光は楕円リフレクタ２４の他方の焦点（第２焦点）に向かう。放電灯２２としては、メタルハライドランプや高圧水銀灯などが用いられる。なお、光源光軸２０ａｘは、光源装置１５０Ａから射出される光線束の中心軸である。
【００３２】
非球面レンズ３０Ａは、楕円リフレクタ２４によって反射された反射光をほぼ平行な光に変換する機能を有している。図１に示す非球面レンズ３０Ａは、入射面３０Ａｉが平面であり、射出面３０Ａｏが非球面の凹面となっている。
【００３３】
図２は、本実施形態に係る光源装置１５０Ａにおいて、放電灯２２の中心から放射状に射出される光線の軌跡を図示したものである。図２において、放電灯２２（図１）の図示は省略されている。また、図３は、図２に示す光源装置１５０Ａの楕円リフレクタの反射面２４Ｒと非球面レンズ３０Ａとの関係を示す説明図である。反射面２４Ｒの第１焦点ＦＲ１から射出され、反射面２４Ｒで反射された光線は、反射面２４Ｒの第２焦点ＦＲ２の方向に進み、非球面レンズ３０Ａによって平行化される。なお、図３中、Ｆｅ１、Ｆｅ２は、それぞれ、非球面レンズ３０Ａの非球面の第１焦点、第２焦点である。本実施形態に係る光源装置１５０Ａでは、非球面レンズ３０Ａの射出面３０Ａｏの非球面の形状を、式（１）の関係をほぼ満足する形状とすることにより、すなわち回転二次曲面形状とすることにより、従来の光源装置と異なり、平行度の高い光を射出することが可能となっている。
【００３４】
【数１１】

【００３５】
ここで、ｒ，Ｚは、図３に示すように、非球面レンズ３０Ａの非球面と光源光軸２０ａｘとの交点を原点Ｌ０とし、光源光軸２０ａｘに軸対象なｒθＺ円柱座標系における座標値である。なお、図３において、Ｚ方向は、反射面２４Ｒの第１焦点ＦＲ１から第２焦点ＦＲ２へ向かう方向を正としている。ｒは、原点Ｌ０からの光源光軸２０ａｘに直交する方向への距離を示している。θは、所定のｒ方向からの角度を示しているが、式（１）から分かるように、非球面の形状は角度θに依存しない。
【００３６】
また、式（１）中、近軸曲率ｃは、反射面２４Ｒで反射された光線を、従来技術のように、球面の凹レンズを用いて平行光に変換すると仮定した場合の、当該球面の曲率を示している。すなわち、近軸領域（回転軸付近の領域）では、この曲率ｃを有する凹レンズを用いることにより、反射面２４Ｒで反射された光線を平行光に変換することができることになる。
【００３７】
Ｋは、円錐定数と呼ばれる値である。この円錐定数Ｋの値によって、回転二次曲面形状は特定の形状に限定される。すなわち、円錐定数Ｋの値が−１＜Ｋ＜０である場合には、非球面は回転楕円面となる。また、円錐定数Ｋの値がＫ＝−１である場合には、非球面は回転放物面となる。さらに、円錐定数Ｋの値が、Ｋ＜−１である場合には、非球面は回転双曲面となる。
【００３８】
また、左辺第３項は、一般非球面項と呼ばれる距離ｒに依存する関数であるが、十分に小さな値であるため、本実施形態では無視することとしている。
【００３９】
本実施形態における非球面レンズ３０Ａの非球面の回転二次曲面形状は、式（１）の左辺第３項を無視した下式（２）に基づき、次のような方法によって決定される。
【００４０】
【数１２】

【００４１】
まず、楕円リフレクタの反射面２４Ｒの形状と、非球面レンズ３０Ａの入射面３０Ａｉの曲率と、非球面レンズ３０Ａの屈折率ｎと、非球面レンズ３０Ａの中心部の厚みと、非球面レンズ３０Ａの設置位置とを考慮して、近似曲率ｃの値を求める。具体的には、反射面２４Ｒの形状と、非球面レンズ３０Ａの入射面３０Ａｉの曲率と、非球面レンズ３０Ａの屈折率ｎと、非球面レンズ３０Ａの中心部の厚みと、非球面レンズ３０Ａの設置位置とを予め決めておく。そして、予め決定された反射面２４Ｒの形状と同じ形状の反射面を有する楕円リフレクタに対し、予め決定された位置に、入射面の曲率、屈折率、中心部の厚みが同じ球面の凹レンズを用いた場合に、近軸領域（回転軸付近の領域）で平行光に変換できるような曲率を求める。このようにして求めた曲率の値が近似曲率ｃとなる。ここで、本実施形態の光源装置１５０Ａのように、非球面レンズ３０Ａの入射面３０Ａｉを平面とする場合には、入射面３０Ａｉの曲率を０とする。
【００４２】
次に、円錐定数Ｋを求める。本実施形態の光源装置１５０Ａにおいて、円錐定数Ｋは、その値を変更しながら、繰り返し式（２）を用いてシミュレーションを行うことにより、平行光が射出される条件に設定される。このシミュレーションでは、光源装置１５０Ａから射出される光線束を収差のない理想レンズで集光したときに、集光点での光スポット径が最も小さくなる場合を、ほぼ平行な光が射出される条件とすることが考えられる。実用上は、集光点での光スポット径が約１００μｍ以内となる場合を、ほぼ平行な光が射出される条件とみなしても問題ない。
【００４３】
図４は、このようにしてシミュレーションを行った結果求められた円錐定数Ｋと、非球面レンズ３０Ａの屈折率ｎとの関係を示すグラフである。図４においては、非球面レンズのレンズ材料として一般的な屈折率ｎの範囲１．４５〜１．９５での円錐定数Ｋの値が示されている。曲線ＣＡ１〜ＣＡ６では、それぞれ、反射面２４Ｒの形状が異なる。楕円リフレクタの反射面２４Ｒの形状は、前述した式（２）と同様の式（３）を用いて表すことができる。
【００４４】
【数１３】

【００４５】
ここで、ｒ_R、Ｚ_Rは、反射面２４Ｒと光源光軸２０ａｘとの交点を原点とし、光源光軸２０ａｘに軸対象なｒθＺ円柱座標系における座標値である。また、ｃ_Rは楕円リフレクタの近軸曲率、Ｋ_Rは円錐定数である。曲線ＣＡ１〜ＣＡ６は、それぞれ、式（３）において、反射面２４Ｒの円錐定数Ｋ_Rが−０．５０，−０．５４，−０．６６，−０．７０，−０．８０，−０．８９である場合の値を示す。
【００４６】
図４からわかるように、本実施形態の光源装置１５０Ａにおいて、円錐定数Ｋ_Rが−０．８＜Ｋ_R＜−０．５の範囲の反射面２４Ｒを有する楕円リフレクタを用いる場合には、非球面レンズ３０Ａの非球面の円錐定数Ｋは、−０．５５＜Ｋ＜−１の範囲、すなわち、回転楕円面形状とすることが好ましい。
【００４７】
また、図４中の曲線ＣＡ６で示されるように、式（３）において、反射面２４Ｒの円錐定数Ｋ_Rが−０．８９である場合には、非球面レンズ３０Ａの屈折率ｎが１．４５≦ｎ＜１．８４のとき円錐定数ＫはＫ＜−１となり、ｎ＝１．８４のときＫ＝１となり、ｎ＞１．８４のときＫ＜−１となる。すなわち、この場合には、非球面レンズの非球面は、ｎ＜１．８４の領域では回転楕円面、ｎ＝１．８４の場合には回転放物面形状、ｎ＞１．８４の領域では回転双曲面形状となる。なお、このとき、Ｋ_Rは１に近くなっており、すなわち、楕円リフレクタの反射面２４Ｒの形状は放物面に近い形状となっている。この場合、反射面２４Ｒによって反射された光は、レンズによって平行化しなくても、ほぼ平行光に近い状態となる。したがって、非球面レンズを用いて平行化する必要性に乏しい。また、この場合、非球面レンズの直径が比較的大きくなってしまうことから、非球面レンズから射出される光線束の直径も比較的大きくなってしまう。したがって、光源装置以降の光学系を小型化するという効果はあまり期待できない。このようなことから、Ｋ_Rが１に近い場合はあまり実用的でないと考えられる。しかしながら、平行度の高い光線束得ることが必要な場合は、Ｋ_Rが１に近い場合であっても、本実施形態のように非球面レンズ３０Ａを用いることが考えられる。
【００４８】
なお、本実施形態に係る光源装置１５０Ａでは、図３に示すように、非球面レンズ３０Ａの非球面の第２焦点Ｆｅ２が楕円リフレクタの反射面２４Ｒの第２焦点ＦＲ２と一致しない。これは、楕円リフレクタの第２焦点ＦＲ２に向かう光が、非球面レンズ３０Ａの入射面３０Ａｉで屈折作用を受けるためである。後述する他の実施形態に係る光源装置１５０Ｂのように、楕円リフレクタの第２焦点ＦＲ２に向かう光が、非球面レンズの非球面部分のみで屈折作用を受ける場合には、非球面の第２焦点Ｆｅ２と楕円リフレクタの反射面の第２焦点ＦＲ２とが一致する。
【００４９】
以上のように、本実施形態に係る光源装置１５０Ａでは、非球面レンズ３０Ａの射出面３０Ａｏの非球面の形状を、式（１）の左辺第３項を無視した式（２）の関係を満足する形状とすることにより、すなわち回転二次曲面形状とすることにより、従来の光源装置と異なり、平行度の高い光を射出することができる。また、本実施形態の光源装置１５０Ａにおいて、非球面レンズ３０Ａの非球面の円錐定数Ｋは、回転楕円面形状とすることが好ましい。
【００５０】
Ｂ．光源装置１５０Ｂ：
図５は、図２並びに図３に示す第１の実施形態に係る光源装置１５０Ａの変形例を示す説明図である。光源装置１５０Ａでは、非球面レンズ３０Ａの入射面３０Ａｉが平面であったが、本実施形態では、非球面レンズ３０Ｂの入射面３０Ｂｉが球面となっている。非球面レンズ３０Ｂ以外の構成につては、第１の実施形態に係る光源装置１５０Ａと同様であるため、図１〜図３で用いたものと同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５１】
本実施形態に係る光源装置１５０Ｂにおいて、楕円リフレクタの反射面２４Ｒの第１焦点ＦＲ１から射出され、反射面２４Ｒで反射された光線は、反射面２４Ｒの第２焦点ＦＲ２の方向に進み、非球面レンズ３０Ｂによって平行化される。なお、図５中、Ｆｅ１、Ｆｅ２は、それぞれ、非球面レンズ３０Ｂの非球面の第１焦点、第２焦点である。
【００５２】
非球面レンズ３０Ｂの入射面３０Ｂｉの球面は、楕円リフレクタの反射面２４Ｒの第２焦点ＦＲ２を中心とする球面である。また、非球面レンズ３０Ｂの射出面３０Ｂｏは、式（２）の関係を満足する回転二次曲面形状とされており、第１の実施形態にかかる光源装置１５０Ａの場合と同様、平行度の高い光を射出することが可能となっている。本実施形態のように、入射面３０Ｂｉと射出面３０Ｂｏにそれぞれ形状の異なる曲面を有する非球面レンズ３０Ｂを用いると、レンズの製造コストが大きくなってしまう。しかしながら、本実施形態の光源装置１５０Ｂにおいて、楕円リフレクタの反射面２４Ｒからの反射光は、非球面レンズ３０Ｂの入射面３０Ｂｉに垂直に入射するため、非球面レンズ３０Ｂでは、楕円リフレクタの反射面２４Ｒからの反射光は、射出面３０Ｂｏにおいて進行方向を１回変更するのみである。したがって、本実施形態の光源装置１５０Ｂは、より平行度の高い光線束を得られるという点で有利である。
【００５３】
本実施形態における非球面レンズ３０Ｂの非球面の回転二次曲面形状は、式（２）に基づき、次のような方法によって決定される。
【００５４】
まず、楕円リフレクタの反射面２４Ｒの形状と、非球面レンズ３０Ｂの入射面３０Ｂｉの曲率と、非球面レンズ３０Ｂの屈折率ｎと、非球面レンズ３０Ｂの中心部の厚みと、非球面レンズ３０Ｂの設置位置とを考慮して、近似曲率ｃの値を求める。具体的には、反射面２４Ｒの形状と、非球面レンズ３０Ｂの入射面３０Ｂｉの曲率と、非球面レンズ３０Ｂの屈折率ｎと、非球面レンズ３０Ｂの中心部の厚みと、非球面レンズ３０Ｂの設置位置とを予め決めておく。そして、予め決定された反射面２４Ｒの形状と同じ形状を有する楕円リフレクタに対し、予め決定された位置に、入射面の曲率、屈折率、中心部の厚みが同じ球面の凹レンズを用いた場合に、近軸領域（回転軸付近の領域）で平行光に変換できる曲率を求める。このようにして求めた曲率の値が近似曲率ｃとなる。
【００５５】
次に、円錐定数Ｋを求める。ここで、図６に曲線ＣＢで示すように、本実施形態の光源装置１５０Ｂにおいては、第１の実施形態にかかる光源装置１５０Ａの場合と異なり、楕円リフレクタの反射面２４Ｒの形状を変更しても、非球面レンズ３０Ｂの屈折率ｎと円錐定数Ｋとの関係が変化しない。これは、図３に示す非球面レンズ３０Ａの入射面３０Ａｉの形状（平面）と、図５に示す非球面レンズ３０Ｂの入射面３０Ｂｉの形状（球面）との相違に起因する。すなわち、図３に示す非球面レンズ３０Ａでは、入射面３０Ａｉが平面であるため、反射面２４Ｒからの反射光は、入射面３０Ａｉでの屈折により進行方向が変えられる。一方、図５に示す非球面レンズ３０Ｂでは、入射面３０Ｂｉが球面であるため、反射面２４Ｒからの反射光は、入射面３０Ｂｉにほぼ垂直に交わるように入射し、進行方向は変わらない。この結果、曲線ＣＢでは、楕円リフレクタの反射面２４Ｒの形状を変更しても、非球面レンズ３０Ｂの屈折率ｎと円錐定数Ｋとの関係は一定となる。なお、図６に示す非球面レンズ３０Ｂの反射面形状の非球面の円錐定数Ｋは、ほぼＫ＝−１／ｎ²で決定されている。
【００５６】
したがって、本実施形態において、円錐定数ＫはＫ＝−１／ｎ²で求めることができ、第１の実施形態のようなシミュレーションを行う必要はない。
【００５７】
さらに、図６からわかるように、本実施形態の光源装置１５０Ｂにおいては、非球面レンズ３０Ｂの非球面の円錐定数Ｋは、−０．５５＜Ｋ＜−０．３の範囲である。したがって、本実施形態の光源装置１５０Ｂのように、非球面レンズ３０Ｂの入射面３０Ｂｉを球面、射出面３０Ｂｏを非球面とする場合には、非球面を回転楕円面形状とすることが好ましい。
【００５８】
なお、本実施形態に係る光源装置１５０Ｂでは、楕円リフレクタの第２焦点ＦＲ２に向かう光が、非球面レンズ３０Ｂの入射面３０Ｂｉで屈折作用を受けないため、非球面レンズ３０Ｂの非球面の第２焦点Ｆｅ２が楕円リフレクタの反射面２４Ｒの第２焦点ＦＲ２とほぼ一致する。
【００５９】
以上のように、本実施形態に係る光源装置１５０Ｂでは、非球面レンズ３０Ｂの射出面３０Ｂｏの非球面の形状を、式（１）の左辺第３項を無視した式（２）の関係を満足する形状とすることにより、すなわち回転二次曲面形状とすることにより、従来の光源装置と異なり、平行度の高い光を射出することができる。また、本実施形態の光源装置１５０Ｂにおいて、楕円リフレクタの反射面２４Ｒからの反射光は、非球面レンズ３０Ｂの入射面３０Ｂｉに垂直に入射するため、より平行度の高い光線束を得ることが可能である。また、本実施形態の光源装置１５０Ｂにおいて、非球面レンズ３０Ｂの非球面の円錐定数Ｋは、回転楕円面形状とすることが好ましい。
【００６０】
Ｃ．光源装置１５０Ｃ：
図７は、本発明の第３の実施形態に係る光源装置１５０Ｃを示す説明図である。また、図８は、図７に示す光源装置１５０Ｃの楕円リフレクタの反射面２４Ｒと非球面レンズ３０Ｃとの関係を示す説明図である。第１の実施形態に係る光源装置１５０Ａでは、非球面レンズ３０Ａの入射面３０Ａｉが平面、射出面３０Ａｏが非球面であったが、本実施形態では、非球面レンズ３０Ｃの入射面３０Ｃｉが非球面、射出面３０Ｃｏが平面となっている。非球面レンズ３０Ｃ以外の構成につては、第１の実施形態に係る光源装置１５０Ａと同様であるため、図１〜図３で用いたのと同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００６１】
本実施形態に係る光源装置１５０Ｃにおいて、楕円リフレクタの反射面２４Ｒの第１焦点ＦＲ１から射出され、反射面２４Ｒで反射された光線は、反射面２４Ｒの第２焦点ＦＲ２の方向に進み、非球面レンズ３０Ｃによって平行化される。なお、図８中、Ｆｈ１、Ｆｈ２は、それぞれ、非球面レンズ３０Ｃの非球面の第１焦点、第２焦点である。
【００６２】
本実施形態の光源装置１５０Ｃにおいて、非球面レンズ３０Ｃの入射面３０Ｃｉは、式（２）の関係を満足する回転二次曲面形状とされており、第１の実施形態にかかる光源装置１５０Ａの場合と同様、平行度の高い光を射出することが可能となっている。
【００６３】
図７と図２との比較からわかるように、第１の実施形態にかかる光源装置１５０Ａでは、本実施形態にかかる光源装置１５０Ｃよりも、射出される光線束の直径を小さくすることができるという点で有利である。すなわち、非球面レンズ３０Ａの射出面３０Ａｏから射出される光線束の直径３０ＡＬＤは、入射面３０Ａｉに入射する光線束の直径よりも小さくなる。これは、楕円リフレクタと非球面レンズ３０Ａとの間隔、および、楕円リフレクタと非球面レンズ３０Ｃとの間隔をほぼ同じ程度に設定する際には、図７の非球面レンズ３０Ｃの入射面３０Ｃｉにおける反射光の光線束よりも、図２の非球面レンズ３０Ａの射出面３０Ａｏにおける反射光の光線束の方が集光されて小さくなっているからである。したがって、第１の実施形態に係る光源装置１５０Ａを後述するような照明光学系やプロジェクタに利用すれば、光源装置以降の各部の構成を、全体的に小さくすることが可能である。
【００６４】
また、第１の実施形態にかかる光源装置１５０Ａは、図７と図２にそれぞれ示す光線の軌跡の分布から分かるように、本実施形態にかかる光源装置１５０Ｃよりも、面内の照度分布がより均一な光線束となって射出されるという点で有利である。これは、図２の非球面レンズ３０Ａでは、射出面３０Ａｏが凹面となっており、図７の非球面レンズ３０Ｃでは、入射面３０Ｃｉが凹面となっているからである。すなわち、図２に示す第１の実施形態に係る光源装置１５０Ａでは、非球面レンズ３０Ａに入射する光線の入射角は、非球面レンズ３０Ａの中央でも周辺でも、あまり大きな差がない。一方、図７に示す第２の実施形態に係る光源装置１５０Ｃでは、非球面レンズ３０Ｃに入射する光線の入射角は、非球面レンズ３０Ｃの中央と周辺とで、かなり大きな差が生じている。このため、光源装置１５０Ｃでは、射出される光線束に強度分布が発生しやすくなっている。
【００６５】
さらに、第１の実施形態にかかる光源装置１５０Ａは、製造コストを小さくできる点においても、本実施形態の光源装置１５０Ｃより有利である。一般に、非球面レンズの非球面部分の制作には、かなりの精度が要求され、非球面部分が小さいほど安価に制作することができる。このため、非球面部分が小さい非球面レンズ３０Ａを用いた光源装置１５０Ａの方が、安価に制作できるため、より実用的と言える。
【００６６】
しかしながら、本実施形態の光源装置１５０Ｃは、第１の実施形態にかかる光源装置１５０Ａを用いる場合と比較して、より平行度の高い光線束を得やすいという利点がある。すなわち、光源装置１５０Ａから射出される光線束は、非球面レンズ３０Ａの入射面３０Ａｉと射出面３０Ａｏとにおける屈折により、２回の進行方向の変更を経て射出される。一方、光源装置１５０Ｃから射出される光線束は、非球面レンズ３０Ｃの入射面３０Ｃｉにおける屈折により、１回のみの進行方向の変更を経て射出される。したがって、光源装置１５０Ｃを用いれば、かなり平行度の高い光線束を得ることが可能となる。よって、より平行度の高い光線束を得る必要がある場合には、本実施形態の光源装置１５０Ｃを用いた方が良い。なお、より平行度の高い光線束を得られる点では、第２の実施形態にかかる光源装置１５０Ｂも同様であるが、本実施形態の光源装置１５０Ｃの非球面レンズ３０Ｃは一方の面が平面であるため、本実施形態の光源装置１５０Ｃの方が、製造コスト面では有利である。
【００６７】
本実施形態における非球面レンズ３０Ｃの非球面の回転二次曲面形状は、式（２）に基づき、次のような方法によって決定される。
【００６８】
まず、楕円リフレクタの反射面２４Ｒの形状と、非球面レンズ３０Ｃの屈折率ｎと、非球面レンズ３０Ｃの中心部の厚みと、非球面レンズ３０Ｃの設置位置とを考慮して、近似曲率ｃの値を求める。具体的には、反射面２４Ｒの形状と、非球面レンズ３０Ｃの屈折率ｎと、非球面レンズ３０Ｃの中心部の厚みと、非球面レンズ３０Ｃの設置位置とを予め決めておく。そして、予め決定された反射面２４Ｒの形状と同じ形状を有する楕円リフレクタに対し、予め決定された位置に、屈折率、中心部の厚みが同じ球面の凹レンズを用いた場合に、球面収差がなければ平行光に変換できる曲率を求める。このようにして求めた曲率の値が近似曲率ｃとなる。
【００６９】
次に、円錐定数Ｋを求める。ここで、図９に曲線ＣＣで示すように、本実施形態の光源装置１５０Ｃにおいては、第１の実施形態にかかる光源装置１５０Ａの場合と異なり、楕円リフレクタの反射面２４Ｒの形状を変更しても、非球面レンズ３０Ｃの屈折率ｎと円錐定数Ｋとの関係が変化しない。これは、図３に示す非球面レンズ３０Ａの入射面３０Ａｉの形状（平面）と、図８に示す非球面レンズ３０Ｃの入射面３０Ｃｉの形状（非球面）との相違に起因する。すなわち、図３に示す非球面レンズ３０Ａでは、入射面３０Ａｉが平面であるため、反射面２４Ｒからの反射光は、入射面３０Ａｉでの屈折により進行方向が光軸２０ａｘに対して非平行な方向に変えられ、さらに射出面３０Ａｏで屈折する。一方、図８に示す非球面レンズ３０Ｃでは、入射面３０Ｃｉが式（２）に基づいて設定された非球面であるため、反射面２４Ｒからの反射光は、入射面３０Ｃｉでの屈折により進行方向がほぼ平行な方向に変えられ、射出面３０Ｃｏではほとんど屈折作用を受けない。この結果、曲線ＣＣでは、楕円リフレクタの反射面２４Ｒの形状を変更しても、非球面レンズ３０Ｃの屈折率ｎと円錐定数Ｋとの関係が一定となる。なお、図９に示す非球面レンズ３０Ｃの反射面形状の非球面の円錐定数Ｋは、ほぼＫ＝−ｎ²で決定されている。
【００７０】
したがって、本実施形態において、円錐定数Ｋは、Ｋ＝−ｎ²で求めることができ、第１の実施形態のようなシミュレーションを行う必要はない。
【００７１】
さらに、図９からわかるように、本実施形態の光源装置１５０Ｃにおいては、非球面レンズ３０Ｃの非球面の円錐定数Ｋは、−２．１＜Ｋ＜−３．８の範囲である。したがって、本実施形態の光源装置１５０Ｃのように、入射面３０Ｃｉを非球面とする場合には、非球面を回転双曲面形状とすることが好ましい。図８中の直線Ｐ、直線Ｑは、回転双曲線（非球面レンズ３０Ｃの入射面３０Ｃｉの一部を構成する回転双曲線）の漸近線、曲線Ｒは、もう一方の回転双曲線を示したものであり、いずれも非球面が回転双曲面形状であることを理解し易くするために図示されているものである。
【００７２】
なお、本実施形態に係る光源装置１５０Ｃでは、楕円リフレクタの第２焦点ＦＲ２に向かう光が、非球面レンズ３０Ｃの入射面３０Ｃｉで光源光軸２０ａｘに平行な光とされ、射出面３０Ｃｏでは屈折作用を受けないため、非球面レンズ３０Ｃの非球面の第２焦点Ｆｈ２が、楕円リフレクタの反射面２４Ｒの第２焦点ＦＲ２とほぼ一致する。
【００７３】
以上のように、本実施形態に係る光源装置１５０Ｃでは、非球面レンズ３０Ｃの入射面３０Ｃｉの非球面の形状を、式（１）の左辺第３項を無視した式（２）の関係を満足する形状とすることにより、すなわち回転二次曲面形状とすることにより、従来の光源装置と異なり、平行度の高い光を射出することができる。また、本実施形態の光源装置１５０Ｃにおいて、楕円リフレクタの反射面２４Ｒからの反射光は、非球面レンズ３０Ｃの入射面３０Ｃｉによって光源光軸２０ａｘに平行な光とされ、射出面３０Ｃｏでは屈折作用を受けないため、より平行度の高い光線束を得ることが可能である。また、本実施形態の光源装置１５０Ｃにおいて、非球面レンズ３０Ｃの非球面の円錐定数Ｋは、回転双曲面形状とすることが好ましい。
【００７４】
Ｄ．光源装置１５０Ｄ：
図１０は、図７並びに図８に示す本発明の第３の実施形態に係る光源装置１５０Ｃの変形例を示す説明図である。本実施形態に係る光源装置１５０Ｄでは、非球面レンズ３０Ｄは、楕円リフレクタの反射面２４Ｒで反射された反射光が第２焦点ＦＲ２で一旦集光して、発散する位置に設置されている。なお、本実施形態の光源装置１５０Ｄにおいて、非球面レンズ３０Ｄ以外の構成は、第１の実施形態に係る光源装置１５０Ａと同様であるため、図１〜図３で用いたのと同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００７５】
本実施形態に係る光源装置１５０Ｄにおいて、楕円リフレクタの反射面２４Ｒの第１焦点ＦＲ１から射出され、反射面２４Ｒで反射された光線は、反射面２４Ｒの第２焦点ＦＲ２で集光された後、非球面レンズ３０Ｄによって平行化される。非球面レンズ３０Ｄは、入射面３０Ｄｉが非球面の凸面であり、射出面３０Ｄｏが平面となっている。なお、図１０中、Ｆｈ１、Ｆｈ２は、それぞれ、非球面レンズ３０Ｄの非球面の第１焦点、第２焦点である。
【００７６】
本実施形態の光源装置１５０Ｄにおいて、非球面レンズ３０Ｄの入射面３０Ｄｉは、式（２）の関係を満足する回転二次曲面形状とされており、第３の実施形態にかかる光源装置１５０Ｃの場合と同様、平行度の高い光を射出することが可能となっている。
【００７７】
図１０と図８との比較からわかるように、本実施形態にかかる光源装置１５０Ｄでは、第３の実施形態にかかる光源装置１５０Ｃよりも、射出される光線束の直径を小さくすることができるという点で有利である。これは、焦点ＦＲ２で集光した光が反射面２４Ｒの開口面積よりも大きく発散しないような位置に非球面レンズ３０Ｄを配置できるからである。したがって、光源装置１５０Ｄを後述するような照明光学系やプロジェクタに利用すれば、光源装置以降に配置される光学素子を、小さくすることが可能である。さらに、本実施形態にかかる光源装置１５０Ｄは、非球面部分が小さいため、製造コストを小さくできる点においても、第３の実施形態にかかる光源装置１５０Ｃより有利である。ただし、楕円リフレクタと非球面レンズ３０Ｄとの間隔は、第３の実施形態にかかる光源装置１５０Ｃの場合よりも大きくなってしまう。
【００７８】
また、第１の実施形態にかかる光源装置１５０Ａと比較した場合、本実施形態の光源装置１５０Ｄでは、射出される光線束に強度分布が発生しやすくなっている点で不利なこと、一方、第１の実施形態にかかる光源装置１５０Ａよりも平行度の高い光線束を得やすいという点で有利なことは、第３の実施形態にかかる光源装置１５０Ｃの場合と同様である。また、第２の実施形態にかかる光源装置１５０Ｂと比較した場合、本実施形態の光源装置１５０Ｄの方が製造コスト面で有利であることも、第３の実施形態にかかる光源装置１５０Ｃの場合と同様である。
【００７９】
本実施形態における非球面レンズ３０Ｄの非球面の回転二次曲面形状は、式（２）に基づき、第３の実施形態にかかる光源装置１５０Ｃの非球面レンズ３０Ｃの非球面の形状と同様の方法によって決定される。
【００８０】
本実施形態の光源装置１５０Ｄにおいても、光源装置１５０Ｃの場合と同様、非球面レンズ３０Ｄの非球面の円錐定数Ｋは、回転双曲面形状とすることが好ましい。図１０中の直線Ｐ、直線Ｑは、回転双曲線（非球面レンズ３０Ｄの入射面３０Ｄｉの一部を構成する回転双曲線）の漸近線、曲線Ｒは、もう一方の回転双曲線を示したものであり、いずれも非球面が回転双曲面形状であることを理解し易くするために図示されているものである。
【００８１】
なお、本実施形態に係る光源装置１５０Ｄでは、楕円リフレクタの第２焦点ＦＲ２に向かう光が、非球面レンズ３０Ｄによって屈折作用を受けないため、非球面レンズ３０Ｄの非球面の第２焦点Ｆｈ２が、楕円リフレクタの反射面２４Ｒの第２焦点ＦＲ２とほぼ一致する。
【００８２】
以上のように、本実施形態に係る光源装置１５０Ｄでは、非球面レンズ３０Ｄの入射面３０Ｄｉの非球面の形状を、式（１）の左辺第３項を無視した式（２）の関係を満足する形状とすることにより、すなわち回転二次曲面形状とすることにより、従来の光源装置と異なり、平行度の高い光を射出することができる。また、本実施形態の光源装置１５０Ｄにおいて、楕円リフレクタの反射面２４Ｒからの反射光は、非球面レンズ３０Ｄの入射面３０Ｄｉによって光源光軸２０ａｘに平行な光とされ、射出面３０Ｄｏでは屈折作用を受けないため、第３の実施形態にかかる光源装置１５０Ｃの場合と同様、より平行度の高い光線束を得ることが可能である。また、本実施形態の光源装置１５０Ｄにおいて、非球面レンズ３０Ｄの非球面の円錐定数Ｋは、回転双曲面形状とすることが好ましい。
【００８３】
なお、本実施形態では非球面レンズの入射面３０Ｄｉを凸面、射出面３０Ｄｏを平面としているが、逆に、非球面レンズの入射面を平面として射出面を凸面とした非球面レンズを用いることもできる。この場合は、第１の実施形態にかかる光源装置１５０Ａの非球面レンズ３０Ａの非球面の形状と同様の方法によって決定される。このとき、非球面の焦点は、第１の実施形態の場合と同様、楕円リフレクタの反射面２４Ｒの第２焦点ＦＲ２とは一致しない。また、第２の実施形態にかかる光源装置１５０Ｂの場合と同様に、非球面レンズの入射面を球面状の凹面とし、射出面を非球面の凸面とすることもできる。このようにすれば、第２の実施形態の場合と同様、より高い平行度を有する光線束を得ることができる。この場合、凹面の形状は、楕円リフレクタ２４の第２焦点ＦＲ２を中心とする球面とすればよい。
【００８４】
Ｅ．照明光学系：
図１１は、本発明の第１の実施形態にかかる光源装置１５０Ａを適用した照明光学系の要部を平面的に見た概略構成図である。なお、図１１に示す照明光学系１００は、後述する液晶パネルなどの照明領域ＬＡを備えるプロジェクタに適した照明光学系である。
【００８５】
この照明光学系１００は、光源装置１５０Ａと、第１のレンズアレイ４０と、第２のレンズアレイ５０と、偏光発生光学系６０と、重畳レンズ７０とを備えている。各光学要素は、システム光軸１００ａｘに沿ってこの順に配置されている。但し、これらの光学要素のうち、光源装置１５０Ａと、第１のレンズアレイ４０と、第２のレンズアレイ５０とは、光源光軸２０ａｘを基準として配置されている。光源光軸２０ａｘは、偏光発生光学系６０以降の光学素子から射出される光線束の中心軸であるシステム光軸１００ａｘに対し、図中ｘ方向に所定のずれ量Ｄｐだけほぼ平行にずれている。このずれ量Ｄｐについては後述する。
【００８６】
第１のレンズアレイ４０は、非球面レンズ３０Ａから射出された略平行光を複数の部分光線束に分割するとともに、各部分光線束をそれぞれ第２のレンズアレイ５０の近傍で集光する機能を有している。また、第２のレンズアレイ５０は、第１のレンズアレイ４０から射出された部分光線束のそれぞれの中心軸がシステム光軸１００ａｘにほぼ平行となるように揃える機能を有している。
【００８７】
図１２は、第１のレンズアレイ４０の外観を示す斜視図である。第１のレンズアレイ４０は、略矩形の輪郭を有する第１の小レンズ４２がＭ行Ｎ列のマトリクス状に配列された構成を有している。なお、図１２は、Ｍ＝５，Ｎ＝４の例を示している。各第１の小レンズ４２をｚ方向から見た外形形状は、通常、照明領域ＬＡの形状とほぼ相似形をなすように設定される。例えば、照明領域ＬＡとして液晶パネルを想定し、画像の有効領域のアスペクト比（横と縦の寸法の比率）が４：３であるならば、第１の小レンズ４２のアスペクト比も４：３に設定する。なお、図１１の第２のレンズアレイ５０は、第１のレンズアレイ４０の第１の小レンズ４２に対応するように、第２の小レンズ５２がＭ行Ｎ列のマトリクス状に配列された構成を有している。
【００８８】
第１のレンズアレイ４０の各第１の小レンズ４２によって分割された複数（Ｍ×Ｎ個）の部分光線束は、図１１に示すように、第２のレンズアレイ５０の近傍位置、すなわち、偏光発生光学系６０内において集光される。
【００８９】
図１３は、偏光発生光学系６０を示す説明図である。図１３（Ａ）は、偏光発生光学系６０の斜視図を示しており、図１３（Ｂ）は、その平面図の一部を示している。偏光発生光学系６０は、遮光板６２と、偏光ビームスプリッタアレイ６４と、選択位相差板６６とを備えている。
【００９０】
偏光ビームスプリッタアレイ６４は、図１３（Ａ）に示すように、略平行四辺形の断面を有する柱状の透光性板材６４ｃが複数貼り合わされて構成されている。各透光性板材６４ｃの界面には、偏光分離膜６４ａと反射膜６４ｂとが交互に形成されている。なお、偏光分離膜６４ａとしては、誘電体多層膜が用いられる。また、反射膜６４ｂとしては、誘電体多層膜、あるいは、アルミニウム等の金属膜が用いられる。
【００９１】
遮光板６２は、遮光面６２ｂと開口面６２ａとがストライプ状に配列されて構成されている。遮光板６２は、遮光面６２ｂに入射する光線束を遮り、開口面６２ａに入射する光線束を通過させる機能を有している。遮光面６２ｂと開口面６２ａとは、第２のレンズアレイ５０（図１１）から射出された部分光線束が偏光ビームスプリッタアレイ６４の偏光分離膜６４ａのみに入射し、反射膜６４ｂには入射しないように配列されている。具体的には、図１３（Ｂ）に示すように、遮光板６２の開口面６２ａの中心は、偏光ビームスプリッタアレイ６４の偏光分離膜６４ａの中心とほぼ一致するように配置されている。また、開口面６２ａのｘ方向の開口幅は、偏光分離膜６４ａのｘ方向の大きさＷｐとほぼ等しく設定されている。このとき、遮光板６２の開口面６２ａを通過した光線束は、そのほとんど全てが偏光分離膜６４ａのみに入射し、反射膜６４ｂには入射しないこととなる。なお、遮光板６２としては、平板状の透明体（例えばガラス板）に遮光性の膜（例えばクロム膜や、アルミニウム膜、誘電体多層膜など）を部分的に形成したものを用いることができる。また、アルミニウム板のような遮光性の平板に開口部を設けたものを用いてもよい。
【００９２】
第２のレンズアレイ５０（図１１）から射出された各部分光線束は、図１３（Ｂ）に実線で示すように、その主光線（中心軸）がシステム光軸１００ａｘにほぼ平行に遮光板６２の開口面６２ａに入射する。開口面６２ａを通過した部分光線束は、偏光分離膜６４ａに入射する。偏光分離膜６４ａは、入射した部分光線束をｓ偏光の部分光線束とｐ偏光の部分光線束とに分離する。このとき、ｐ偏光の部分光線束は偏光分離膜６４ａを透過し、ｓ偏光の部分光線束は偏光分離膜６４ａで反射される。偏光分離膜６４ａで反射されたｓ偏光の部分光線束は、反射膜６４ｂに向かい、反射膜６４ｂにおいてさらに反射される。このとき、偏光分離膜６４ａを透過したｐ偏光の部分光線束と、反射膜６４ｂで反射されたｓ偏光の部分光線束とは、互いにほぼ平行な状態となっている。
【００９３】
選択位相差板６６は、開口層６６ａとλ／２位相差層６６ｂとによって構成されている。なお、開口層６６ａは、λ／２位相差層６６ｂが形成されていない部分である。開口層６６ａは、入射する直線偏光光をそのまま透過する機能を有している。一方、λ／２位相差層６６ｂは、入射する直線偏光光を、偏光方向が直交する直線偏光光に変換する偏光変換素子としての機能を有している。本実施例においては、図１３（Ｂ）に示すように、偏光分離膜６４ａを透過したｐ偏光の部分光線束は、λ／２位相差層６６ｂに入射する。したがって、ｐ偏光の部分光線束は、λ／２位相差層６６ｂにおいて、ｓ偏光の部分光線束に変換されて射出される。一方、反射膜６４ｂで反射されたｓ偏光の部分光線束は、開口層６６ａに入射するので、ｓ偏光の部分光線束のまま射出される。すなわち、偏光発生光学系６０に入射した非偏光な部分光線束は、そのほとんどがｓ偏光の部分光線束に変換されて射出されることとなる。なお、反射膜６４ｂで反射されるｓ偏光の部分光線束の射出面だけにλ／２位相差層６６ｂを配置することにより、偏光発生光学系６０に入射するほとんどの部分光線束をｐ偏光の部分光線束に変換して射出することもできる。また、選択位相差板６６は、開口層６６ａの部分に何も設けず、単に、λ／２位相差層６６ｂをｐ偏光の部分光線束またはｓ偏光の部分光線束の射出面に貼りつけるようなものであっても良い。
【００９４】
なお、図１３（Ｂ）から分かるように、偏光発生光学系６０から射出する２つのｓ偏光光の中心は、入射する非偏光な光（ｓ偏光光＋ｐ偏光光）の中心よりもｘ方向にずれている。このずれ量は、λ／２位相差層６６ｂの幅Ｗｐ（すなわち、偏光分離膜６４ａのｘ方向の大きさ）の半分に等しい。このため、図１１に示すように、光源光軸２０ａｘとシステム光軸１００ａｘとは、Ｗｐ／２に等しい距離Ｄｐだけずれた位置に設定されている。
【００９５】
第２のレンズアレイ５０から射出された複数の部分光線束は、上記のように、偏光発生光学系６０によって各部分光線束ごとに２つの部分光線束に分離されるとともに、それぞれ偏光方向の揃ったほぼ１種類の直線偏光光に変換される。
【００９６】
偏光方向のほぼ揃った複数の部分光線束は、図１１に示す重畳レンズ７０によって照明領域ＬＡ上で重畳される。上記の説明から分かるように、第１のレンズアレイ４０と、第２のレンズアレイ５０と、重畳レンズ７０とは、いわゆるインテグレータ光学系を構成している。これにより、照明領域ＬＡに照射される光の強度分布をほぼ均一にすることが可能である。
【００９７】
なお、本実施例の光源装置１５０Ａは、以下に説明するように、ほぼ平行な光を射出することが可能である。したがって、図１１の照明光学系１００において、平行度の悪い光を補正、あるいは、除去する機能を有する第２のレンズアレイ５０や遮光板６２は、省略してもよい。
【００９８】
先に説明したように、光源装置１５０Ａは、平行度の高い光を射出することができる。従って、本実施形態の照明光学系１００においては、光の利用効率を向上させることが可能である。上述したような照明光学系１００に、光源装置１５０Ａの代わりに光源装置１５０Ｂ〜１５０Ｄを用いた場合にも同様の効果を得ることができる。
【００９９】
なお、本実施形態の照明光学系１００はレンズアレイ４０、５０及び重畳レンズ７０によって構成される均一照明光学系や、偏光発生光学系６０を備えているが、光源装置１５０Ａ〜１５０Ｄは、均一照明光学系や偏光発生光学系と組み合わせることなく、それぞれ単独で用いても良い。また、光源装置１５０Ａ〜１５０Ｄは、均一照明光学系のみと組み合わせて照明光学系を構成することもできる。すなわち、光源装置１５０Ａ〜１５０Ｄは偏光発生光学系６０を備えない照明光学系にも適用することができる。
【０１００】
Ｆ．プロジェクタ：
図１４は、図１１の照明光学系１００を用いたプロジェクタの要部を平面的に見た概略構成図である。プロジェクタ１０００は、照明光学系１００と、色光分離光学系２００と、リレー光学系２２０と、３枚の液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂと、クロスダイクロイックプリズム３２０と、投写光学系３４０とを備えている。照明光学系１００から射出された光は、色光分離光学系２００において赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の色光に分離される。分離された各色光は、液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂにおいて画像情報に対応して変調される。変調された各色光は、クロスダイクロイックプリズム３２０で合成され、投写光学系３４０によってスクリーンＳＣ上に画像が投写表示されることとなる。
【０１０１】
照明光学系１００は、図１で説明したように、偏光方向の揃えられた直線偏光光（ｓ偏光光）の照明光を射出し、図１の照明領域ＬＡに対応する液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂを照明する。本実施例の液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂは、それぞれ、本発明における電気光学装置に相当する液晶パネルと、その光入射面側および光射出面側に配置された偏光板とによって構成されている。液晶パネルの各光入射面側に配置されている偏光板は、照明光の偏光度を高めるためのものであり、照明光学系１００から射出される直線偏光光の偏光方向が、偏光板の透過軸方向と一致するように配置されている。
【０１０２】
色光分離光学系２００は、２枚のダイクロイックミラー２０２，２０４と、反射ミラー２０８とを備えており、照明光学系１００から射出される光線束を、赤、緑、青の３色の色光に分離する機能を有する。第１のダイクロイックミラー２０２は、照明光学系１００から射出された光の赤色光成分を透過させるとともに、青色光成分と緑色光成分とを反射する。第１のダイクロイックミラー２０２を透過した赤色光Ｒは、反射ミラー２０８で反射されて、クロスダイクロイックプリズム３２０へ向けて射出される。色光分離光学系２００から射出された赤色光Ｒは、フィールドレンズ２３２を通って赤色光用の液晶ライトバルブ３００Ｒに達する。このフィールドレンズ２３２は、照明光学系１００から射出された各部分光線束をその中心軸に対して平行な光線束に変換する。他の液晶ライトバルブの前に設けられたフィールドレンズ２３４，２３０も同様である。
【０１０３】
第１のダイクロイックミラー２０２で反射された青色光Ｂと緑色光Ｇのうち、緑色光Ｇは第２のダイクロイックミラー２０４によって反射されて、色光分離光学系２００からクロスダイクロイックプリズム３２０へ向けて射出される。色光分離光学系２００から射出された緑色光Ｇは、フィールドレンズ２３４を通って緑色光用の液晶ライトバルブ３００Ｇに達する。一方、第２のダイクロイックミラー２０４を透過した青色光Ｂは、色光分離光学系２００から射出されて、リレー光学系２２０に入射する。
【０１０４】
リレー光学系２２０に入射した青色光Ｂは、リレー光学系２２０に備えられる入射側レンズ２２２、リレーレンズ２２６および反射ミラー２２４，２２８および射出側レンズ（フィールドレンズ）２３０を通って青色光用の液晶ライトバルブ３００Ｂに達する。なお、青色光Ｂにリレー光学系２２０が用いられているのは、青色光Ｂの光路の長さが他の色光の光路の長さよりも大きいためであり、リレー光学系２２０を用いることにより入射側レンズ２２２に入射した青色光Ｂをそのまま、射出側レンズ２３０に伝えることができる。
【０１０５】
３枚の液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂは、与えられた画像情報（画像信号）に従って、３色の色光をそれぞれ変調して画像を形成する光変調手段としての機能を有する。クロスダイクロイックプリズム３２０は、液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂを通って変調された３色の色光を合成してカラー画像を形成する色光合成光学系としての機能を有する。なお、クロスダイクロイックプリズム３２０には、赤色光反射ダイクロイック面３２１と、青色光反射ダイクロイック面３２２とが、４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字状に形成されている。赤色光反射ダイクロイック面３２１には、赤色光を反射する誘電体多層膜が形成されている。青色光反射ダイクロイック面３２２には、青色光を反射する誘電体多層膜が形成されている。これらの赤色光反射ダイクロイック面３２１と青色光反射ダイクロイック面３２２によって３つの色光が合成されて、カラー画像を投写するための合成光が形成される。
【０１０６】
クロスダイクロイックプリズム３２０で生成された合成光は、投写光学系３４０の方向に射出される。投写光学系３４０は、クロスダイクロイックプリズム３２０から射出された合成光を投写して、スクリーンＳＣ上にカラー画像を表示する。なお、投写光学系３４０としてはテレセントリックレンズを用いることができる。
【０１０７】
このプロジェクタ１０００では、照明光学系１００において、平行度の高い光線束を射出することのできる光源装置１５０Ａが用いられている。これにより、プロジェクタ１０００における光の利用効率を向上させることができるので、より明るい画像を表示させることが可能となる。なお、光源装置１５０Ａの代わりに、光源装置１５０Ｂ〜１５０Ｄを用いた場合も同様の効果を得ることができる。
【０１０８】
なお、本実施形態のプロジェクタ１０００において、照明光学系１００はレンズアレイ４０、５０及び重畳レンズ７０によって構成される均一照明光学系や、偏光発生光学系６０を備えているが、光源装置１５０Ａ〜１５０Ｄは、均一照明光学系や偏光発生光学系と組み合わせることなく、それぞれ単独で用いても良い。また、光源装置１５０Ａ〜１５０Ｄは、均一照明光学系のみと組み合わせて照明光学系を構成することもできる。すなわち、偏光発生光学系６０を備えない照明光学系を本実施形態のプロジェクタ１０００に適用することもできる。
【０１０９】
なお、本発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【０１１０】
（１）上記の光源装置１５０Ａ〜１５０Ｄでは、各非球面レンズ３０Ａ〜３０Ｄは、楕円リフレクタ２４の開口面から離れた位置に配置されているが、開口面に接合するようにしてもよい。図１５は、非球面レンズを楕円リフレクタの開口面に接合した光源装置１５０Ｃ’を示す説明図である。光源装置１５０Ｃ’は、放電灯２２と楕円リフレクタ２４と非球面レンズ３０Ｃ’とを備えている。なお、この光源装置１５０Ｃ’は、第３の実施形態に係る光源装置１５０Ｃ（図７，図８）の非球面レンズ３０Ｃの非球面形状を調整し、また、周辺部を変形して、楕円リフレクタの開口面に接合したものである。このように、非球面レンズ３０Ｃ’を楕円リフレクタ２４の開口面に接合して配置することにより、光源装置１５０Ｃ’を小型化することができるとともに、非球面レンズ３０Ｃ’を光源装置１５０Ｃ’の前面ガラスとして機能させることが可能となる。
【０１１１】
なお、同様に、第１および第２の実施形態に係る光源装置１５０Ａ，１５０Ｂについても、楕円リフレクタ２４の開口面に非球面レンズ３０Ａ，３０Ｂを接合するようにしてもよい。ただし、第４の実施形態に係る光源装置１５０Ｄにおいて、楕円リフレクタ２４の開口面に非球面レンズ３０Ｄを接合する場合には、光源装置が大型化してしまい、あまり実用的でない。すなわち、一般には、非球面レンズの非球面が凹面である場合には、非球面レンズを楕円リフレクタ２４の開口面に接合することができる。
【０１１２】
（２）また、図１５の光源装置１５０Ｃ’では、非球面レンズ３０Ｃ’の射出面３０Ｃ’ｏに、紫外線反射膜ＵＲが形成されている。このとき、放電灯２２から射出された紫外光は、紫外線反射膜ＵＲで反射されて楕円リフレクタ２４内部に戻るので、光源装置１５０Ｃ’から紫外光が射出されてしまうことを防止できる。この結果、例えば、光源装置１５０Ｃ’をプロジェクタ１０００に適用した場合に、液晶ライトバルブが紫外線によって劣化してしまうことを防止できる。また、光源装置１５０Ｃ’において、放電灯２２から射出された紫外光は、非球面レンズ３０Ｃ’の射出面３０Ｃ’ｏに形成された紫外線反射膜ＵＲに垂直に入射している。このとき、紫外線反射膜ＵＲで反射された紫外光は、同じ経路を辿って放電灯２２に入射する。紫外光が放電灯２２の中心２２ｃに入射すると、放電灯２２は入射した紫外光より長波長の光を射出する。これにより、光源装置１５０Ｃ’から射出される可視光の強度を向上させることが可能となる。
【０１１３】
なお、図１５においては、楕円リフレクタ２４の開口面に接合された非球面レンズ３０Ｃ’に紫外線反射膜ＵＲが形成されているが、図７，図８に示すように、楕円リフレクタ２４の開口面から離れた位置に非球面レンズ３０Ｃが設けられている場合にも同様に適用可能である。
【０１１４】
同様に、第２，第４の実施形態に係る光源装置１５０Ｂ，１５０Ｄにおいても、非球面レンズ３０Ｂ，３０Ｄに紫外線反射膜を形成するようにしてもよい。光源装置１５０Ｂにおいては、非球面レンズ３０Ｂの入射面３０Ｂｉに紫外線反射膜を形成すればよい。また、光源装置１５０Ｄにおいては、非球面レンズ３０Ｄの射出面３０Ｄｏに紫外線反射膜を形成すればよい。このとき、図１５の光源装置１５０Ｃ’と同様に、紫外線反射膜で反射された紫外光は、同じ経路を辿って放電灯２２内に入射するので、可視光の強度を向上させることが可能である。一般には、非球面レンズの入射面または射出面のうち、放電灯から射出された紫外光が、ほぼ法線方向から入射する面に紫外線反射膜が形成されていればよい。
【０１１５】
（３）上記照明光学系１００（図１１）では、第１のレンズアレイ４０は独立して設けられているが、第１のレンズアレイは、非球面レンズの射出面に設けられていてもよい。すなわち、照明光学系１００の光源装置として、第３または第４の実施形態に係る光源装置１５０Ｃ，１５０Ｄを用いる場合には、非球面レンズ３０Ｃ，３０Ｄの射出面３０Ｃｏ，３０Ｄｏは平面となっているので、第１のレンズアレイを非球面レンズの射出面上に設けることが可能である。このとき、図１１に示す第１のレンズアレイ４０の各小レンズ４２として、非球面レンズ側に平面を有する平凸レンズを用いればよい。
【０１１６】
なお、図１５に示す光源装置１５０Ｃ’のように、非球面レンズが楕円リフレクタの開口面に接合されている場合にも同様に適用可能である。このように、非球面レンズの射出面にレンズアレイを設ければ、照明光学系１００を小型化することが可能となる。なお、レンズアレイは、非球面レンズの射出面に直接形成されていてもよいし、射出面と接合されていてもよい。レンズアレイを非球面レンズの射出面に直接形成する場合には、部品点数を低減させることができるという利点がある。
【０１１７】
（４）上記プロジェクタは、透過型のプロジェクタに本発明の照明光学系を適用した場合を例に説明しているが、本発明は反射型のプロジェクタにも適用することが可能である。ここで、「透過型」とは、透過型液晶パネル等のように光変調手段としての電気光学装置が光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、反射型液晶パネルのように光変調手段としての電気光学装置が光を反射するタイプであることを意味している。反射型のプロジェクタでは、クロスダイクロイックプリズムは、光を赤、緑、青の３色の光に分離する色光分離手段として利用されると共に、変調された３色の光を再度合成して同一の方向に射出する色光合成手段としても利用される。反射型のプロジェクタにこの発明を適用した場合にも、透過型のプロジェクタとほぼ同様の効果を得ることができる。
【０１１８】
（５）また、上記実施例においては、カラー画像を表示するプロジェクタ１０００を例に説明しているが、モノクロ画像を表示するプロジェクタに本発明の照明光学系を適用することも可能である。この場合にも、上記プロジェクタと同様の効果を得ることができる。
【０１１９】
（６）上記実施例において、プロジェクタ１０００は、電気光学装置として液晶パネルを用いた例を示しているが、これに限られない。電気光学装置としては、一般に、入射光を画像情報に応じて変調するものであればよく、マイクロミラー型光変調装置などを利用してもよい。なお、マイクロミラー型光変調装置としては、例えば、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）（ＴＩ社の商標）を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光源装置１５０Ａを示す説明図である。
【図２】光源装置１５０Ａにおいて、放電灯２２の中心から放射状に射出される光線の軌跡を示す説明図である。
【図３】光源装置１５０Ａにおいて、楕円リフレクタの反射面２４Ｒと非球面レンズ３０Ａとの関係を示す説明図である。
【図４】光源装置１５０Ａについて、非球面レンズ３０Ａの屈折率ｎと円錐定数Ｋとの関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る光源装置１５０Ｂにおいて、楕円リフレクタの反射面２４Ｒと非球面レンズ３０Ｂとの関係を示す説明図である。
【図６】光源装置１５０Ｂについて、非球面レンズ３０Ｂの屈折率ｎと円錐定数Ｋとの関係を示すグラフである。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る光源装置１５０Ｃにおいて、放電灯２２の中心から放射状に射出される光線の軌跡を示す説明図である。
【図８】光源装置１５０Ｃにおいて、楕円リフレクタの反射面２４Ｒと非球面レンズ３０Ｃとの関係を示す説明図である。
【図９】光源装置１５０Ｃについて、非球面レンズ３０Ｃの屈折率ｎと円錐定数Ｋとの関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る光源装置１５０Ｄにおいて、楕円リフレクタの反射面２４Ｒと非球面レンズ３０Ｄとの関係を示す説明図である。
【図１１】光源装置１５０Ａを適用した照明光学系１００の要部を平面的に見た概略構成図である。
【図１２】第１のレンズアレイ４０の外観を示す斜視図である。
【図１３】偏光発生光学系６０を示す説明図である。
【図１４】図１１の照明光学系１００を用いたプロジェクタ１０００の要部を平面的に見た概略構成図である。
【図１５】非球面レンズを楕円リフレクタの開口面に接合した光源装置１５０Ｃ’を示す説明図である。
【符号の説明】
２０ａｘ…光源光軸
２２…放電灯
２２ｃ…放電灯の中心
２４…楕円リフレクタ
２４Ｒ…反射面
２５…光源ランプ
３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｃ’，３０Ｄ…非球面レンズ
４０…第１のレンズアレイ
４２…小レンズ
５０…第２のレンズアレイ
５２…小レンズ
６０…偏光発生光学系
６２…遮光板
６２ａ…開口面
６２ｂ…遮光面
６４…偏光ビームスプリッタアレイ
６４ａ…偏光分離膜
６４ｂ…反射膜
６４ｃ…透光性板材
６６…選択位相差板
６６ａ…開口層
６６ｂ…λ／２位相差層
７０…重畳レンズ
１００…照明光学系
１００ａｘ…システム光軸
１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ，１５０Ｃ’，１５０Ｄ…光源装置
２００…色光分離光学系
２０２，２０４…ダイクロイックミラー
２０８…反射ミラー
２２０…リレー光学系
２２２…入射側レンズ
２２４，２２８…反射ミラー
２２６…リレーレンズ
２３０…射出側レンズ
２３０，２３２，２３４…フィールドレンズ
３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂ…液晶ライトバルブ
３２０…クロスダイクロイックプリズム
３２１…赤色光反射ダイクロイック面
３２２…青色光反射ダイクロイック面
３４０…投写光学系
１０００…プロジェクタ
ＬＡ…照明領域
ＳＣ…スクリーン
ＵＲ…紫外線反射膜[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a light source device, an illumination optical system including the light source device, and a projector.
[0002]
[Prior art]
A projector modulates illumination light emitted from an illumination optical system according to image information using a modulation device such as a liquid crystal panel, and realizes image display by projecting the modulated illumination light on a screen. Yes.
[0003]
In such a projector, in order to uniformize the in-plane illuminance distribution of the illumination light that illuminates the modulation device, the light emitted from the light source lamp is divided into a plurality of partial beam bundles and superimposed in the vicinity of the modulation device. An integrator illumination optical system is used. Among such integrator illumination optical systems, in an integrator illumination optical system (uniform illumination optical system) using a light source lamp equipped with an elliptical reflector and a lens array, the light emitted from the elliptical reflector is usually collimated. In order to make the light incident on the lens array, a spherical concave lens is provided between the light source lamp and the lens array. That is, a light source device that emits parallel light is configured by a combination of a light source lamp and a spherical concave lens.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the light flux emitted from such a light source lamp actually has a high degree of parallelism in the central part, but the degree of parallelism in the peripheral part is not good. This is because spherical aberration occurs in the concave lens. In many cases, light beams with poor parallelism cannot be successfully passed through the lens array in an illumination optical system or in an apparatus such as a projector using such an illumination optical system. For this reason, in the conventional illumination optical system, it is difficult to efficiently use the light emitted from the light source lamp.
[0005]
The present invention has been made to solve the above-described problems in the prior art, and an object thereof is to provide a technique for improving the parallelism of light emitted from a light source device.
[0006]
[Means for solving the problems and their functions and effects]
In order to solve at least a part of the problems described above, the light source device of the present invention includes:
A discharge lamp,
An elliptical reflector having a reflecting surface for reflecting light emitted from the discharge lamp;
A lens that collimates the light reflected by the reflecting surface;
The lens is an aspherical lens having an aspherical surface of a rotating quadratic curved surface on either the entrance surface or the exit surface.
It is characterized by that.
[0007]
The light source device of the present invention includes an aspheric lens having an aspheric surface with a quadratic rotational curved surface on either one of the entrance surface and the exit surface, and thus improves the parallelism of the emitted light. Is possible.
[0008]
In the light source device,
In the aspheric surface, coordinate values in an rθZ cylindrical coordinate system that is axisymmetric with respect to the optical axis with the intersection point of the aspheric surface and the light source optical axis as the origin are r and Z, the paraxial curvature is c, and the conic constant is K. When
[Formula 6]

It is preferable that the shape is represented by
[0009]
In this way, the shape of the aspheric surface can be easily determined. Further, if a lens having an aspheric surface determined based on this equation is used, the spherical aberration can be considerably reduced, so that the parallelism of light emitted from the light source device can be considerably improved.
[0010]
In the light source device, the aspheric surface is preferably a concave surface. In this case, since the lens can be disposed between the first focus and the second focus of the elliptical reflector, the light source device can be reduced in size.
[0011]
At this time, the aspheric lens may be bonded to the opening surface of the elliptical reflector. This makes it possible to further reduce the size of the light source device and allow the aspheric lens to function as the front glass of the light source device.
[0012]
However, in the light source device, the aspherical surface may be a convex surface.
[0013]
In the light source device, when the aspherical surface of the lens is a concave surface or a convex surface and the exit surface is an aspherical surface, the aspherical surface preferably has a spheroidal shape.
[0014]
When the exit surface is an aspherical surface, the diameter of the emitted light bundle can be reduced. Therefore, when the light source device is used in an illumination optical system or a projector, the size of the optical element arranged on the downstream side of the optical path from the light source device can be reduced, so that the illumination optical system and the projector can be reduced in size. is there. Furthermore, when the exit surface is an aspherical surface, there is an effect that the variation in the in-plane illuminance of the emitted light bundle can be made relatively small.
[0015]
At this time, the spheroid is a coordinate in the rθZ cylindrical coordinate system in which the intersection of the aspherical surface and the light source optical axis is the origin, the light source optical axis is the Z axis, and the axis orthogonal to the light source optical axis is the r axis. When the values are r and Z, the paraxial curvature is c, and the conic constant is K,
[Expression 7]

Is the shape represented by
The elliptical reflector has a coordinate value in an rθZ cylindrical coordinate system with an intersection point between the reflecting surface and the light source optical axis as an origin, the light source optical axis as a Z axis, and an axis orthogonal to the light source optical axis as an r axis. _R , Z _R And the paraxial curvature is c _R And the conic constant is K _R When
[Equation 8]

Is a shape represented by
-0.8 <K _R <-0.5 is preferred.
[0016]
In this way, the shape of the spheroid can be easily determined. Further, if a lens having an aspheric surface determined based on this equation is used, the spherical aberration can be considerably reduced, so that the parallelism of light emitted from the light source device can be considerably improved.
[0017]
In the light source device, when the aspherical surface of the lens is a concave surface or a convex surface, and the exit surface is a spheroid surface, the incident surface of the lens is preferably a spherical surface.
[0018]
In this way, it is possible to prevent light from being refracted at the entrance surface of the lens, and thus it is possible to obtain emitted light with a higher degree of parallelism. When the incident surface is a plane, the parallelism of the emitted light is slightly worse than when the incident surface is a spherical surface. There is an advantage that it can be produced at low cost.
[0019]
Further, when the aspherical surface of the lens is a concave surface or a convex surface, the exit surface is a spheroid surface, and the incident surface is a sphere surface, the spheroid surface has an origin at the intersection of the aspheric surface and the light source optical axis, and the light source light. The coordinate values in the rθZ cylindrical coordinate system with the Z axis as the axis and the axis orthogonal to the light source optical axis as the r axis are r and Z, the paraxial curvature is c, the conic constant is K, and the refractive index of the lens is n,
[Equation 9]

It is preferable to make it the shape represented by. In this way, the shape of the spheroid can be easily determined.
[0020]
In this light source device, an ultraviolet reflecting film may be formed on the incident surface of the aspheric lens. In this way, it is possible to prevent ultraviolet light from being emitted from the light source device. Further, the intensity of visible light emitted from the light source device can be improved by reflecting the ultraviolet light emitted from the discharge lamp and returning to the discharge lamp again.
[0021]
In the light source device, when the aspherical surface of the lens is a concave surface or a convex surface and the incident surface is an aspherical surface, the aspherical surface preferably has a rotational hyperboloid shape.
[0022]
When the incident surface is an aspherical surface, the light reflected by the reflecting surface of the elliptical reflector can be collimated by the incident surface of the lens and can be prevented from being refracted by the exit surface. Accordingly, it is possible to obtain emitted light with higher parallelism.
[0023]
At this time, the rotating hyperboloid is a coordinate in an rθZ cylindrical coordinate system in which the intersection of the aspheric surface and the light source optical axis is the origin, the light source optical axis is the Z axis, and the axis orthogonal to the light source optical axis is the r axis. When the values are r and Z, the paraxial curvature is c, the conic constant is K, and the refractive index of the lens is n,
[Expression 10]

It is preferable that the shape is represented by
[0024]
In this way, the shape of the rotating hyperboloid can be easily determined. Further, if a lens having an aspheric surface determined based on this equation is used, the spherical aberration can be considerably reduced, so that the parallelism of light emitted from the light source device can be considerably improved.
[0025]
In this light source device, the exit surface of the aspheric lens may be a flat surface, and an ultraviolet reflecting film may be formed on the exit surface of the aspheric lens. In this way, it is possible to prevent ultraviolet light from being emitted from the light source device. Further, the intensity of visible light emitted from the light source device can be improved by reflecting the ultraviolet light emitted from the discharge lamp and returning to the discharge lamp again.
[0026]
The light source device includes a lens array that divides light emitted from the light source device into a plurality of partial light bundles, and a superimposing lens that superimposes the partial light bundles divided by the lens array on an illumination area. It can be used as a light source device in an illumination optical system.
[0027]
In the illumination optical system, when using a light source device in which the entrance surface of the aspherical lens has a rotational hyperboloid shape and the exit surface is a flat surface, the lens array may be provided on the exit surface of the aspheric lens. Good. In this way, the illumination optical system can be reduced in size.
[0028]
The light source device described above has a light incident surface as an illumination area illuminated by the light source device, and modulates the incident light from the light source device according to image information, and modulates by the electro-optical device. It can be used as a light source device in a projector including a projection optical system that projects the emitted light.
[0029]
By using the light source device described above as a light source for an illumination optical system or a projector, it is possible to improve the light utilization efficiency and improve the brightness of the projected image.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A. Light source device 150A:
FIG. 1 is an explanatory view showing a light source device 150A according to the first embodiment of the present invention. The light source device 150A includes a light source lamp 25 including a discharge lamp 22 and a reflector 24, and an aspheric lens 30A. The reflector 24 is an elliptic reflector having a reflecting surface 24R made of a spheroid that is axisymmetric with respect to the light source optical axis 20ax. The spheroid is formed using, for example, glass. A dielectric multilayer film is formed on the reflecting surface 24R. Note that a metal reflective film such as an aluminum film or a silver film may be formed on the reflective surface 24R.
[0031]
The discharge lamp 22 emits light radially. The center 22c of the discharge lamp 22 is disposed at the position of the focal point (first focal point) closer to the elliptical reflector 24 out of the two focal points on the light source optical axis 20ax of the elliptical reflector 24. Here, the center of the discharge lamp means the center of the arc of the discharge lamp 22. The emitted light emitted from the discharge lamp 22 is reflected by the elliptical reflector 24, and the reflected light goes to the other focal point (second focal point) of the elliptical reflector 24. As the discharge lamp 22, a metal halide lamp, a high-pressure mercury lamp, or the like is used. The light source optical axis 20ax is the central axis of the light bundle emitted from the light source device 150A.
[0032]
The aspherical lens 30A has a function of converting the reflected light reflected by the elliptical reflector 24 into substantially parallel light. In the aspheric lens 30A shown in FIG. 1, the entrance surface 30Ai is a flat surface, and the exit surface 30Ao is an aspheric concave surface.
[0033]
FIG. 2 illustrates the locus of light rays emitted radially from the center of the discharge lamp 22 in the light source device 150A according to the present embodiment. 2, the illustration of the discharge lamp 22 (FIG. 1) is omitted. FIG. 3 is an explanatory diagram showing the relationship between the reflection surface 24R of the elliptical reflector of the light source device 150A shown in FIG. 2 and the aspherical lens 30A. The light beam emitted from the first focal point FR1 of the reflecting surface 24R and reflected by the reflecting surface 24R travels in the direction of the second focal point FR2 of the reflecting surface 24R and is collimated by the aspheric lens 30A. In FIG. 3, Fe1 and Fe2 are the first and second aspherical focal points of the aspherical lens 30A, respectively. In the light source device 150A according to the present embodiment, the shape of the aspherical surface of the exit surface 30Ao of the aspherical lens 30A is set to a shape that substantially satisfies the relationship of the expression (1), that is, a rotational quadric surface shape. Therefore, unlike a conventional light source device, it is possible to emit light with high parallelism.
[0034]
[Expression 11]

[0035]
Here, as shown in FIG. 3, r and Z are coordinate values in an rθZ cylindrical coordinate system that is an axis object of the light source optical axis 20ax with the intersection point of the aspherical surface of the aspherical lens 30A and the light source optical axis 20ax as the origin L0. It is. In FIG. 3, the Z direction is positive in the direction from the first focal point FR1 to the second focal point FR2 of the reflecting surface 24R. r indicates the distance from the origin L0 in the direction orthogonal to the light source optical axis 20ax. θ represents an angle from a predetermined r direction, but as can be seen from Equation (1), the shape of the aspheric surface does not depend on the angle θ.
[0036]
In equation (1), the paraxial curvature c is the curvature of the spherical surface when it is assumed that the light beam reflected by the reflecting surface 24R is converted into parallel light using a spherical concave lens as in the prior art. Is shown. That is, in the paraxial region (region around the rotation axis), the light reflected by the reflecting surface 24R can be converted into parallel light by using the concave lens having the curvature c.
[0037]
K is a value called a conic constant. Depending on the value of the conic constant K, the rotational quadric surface shape is limited to a specific shape. That is, when the value of the conic constant K is -1 <K <0, the aspherical surface is a spheroidal surface. Further, when the value of the conic constant K is K = −1, the aspheric surface is a paraboloid of revolution. Furthermore, when the value of the conic constant K is K <−1, the aspherical surface is a rotating hyperboloid.
[0038]
Further, the third term on the left side is a function that depends on the distance r called a general aspheric term, but is a sufficiently small value and is ignored in this embodiment.
[0039]
The aspheric rotational quadric surface shape of the aspheric lens 30A in the present embodiment is determined by the following method based on the following equation (2) ignoring the third term on the left side of equation (1).
[0040]
[Expression 12]

[0041]
First, the shape of the reflecting surface 24R of the elliptical reflector, the curvature of the incident surface 30Ai of the aspheric lens 30A, the refractive index n of the aspheric lens 30A, the thickness of the central portion of the aspheric lens 30A, and the thickness of the aspheric lens 30A. The value of the approximate curvature c is obtained in consideration of the installation position. Specifically, the shape of the reflecting surface 24R, the curvature of the incident surface 30Ai of the aspherical lens 30A, the refractive index n of the aspherical lens 30A, the thickness of the central portion of the aspherical lens 30A, and the aspherical lens 30A. The installation position is determined in advance. Then, with respect to an elliptical reflector having a reflection surface having the same shape as that of the predetermined reflection surface 24R, a spherical concave lens having the same curvature, refractive index, and central thickness is used at a predetermined position. The curvature that can be converted into parallel light in the paraxial region (region around the rotation axis). The value of the curvature thus obtained becomes the approximate curvature c. Here, when the incident surface 30Ai of the aspherical lens 30A is a flat surface as in the light source device 150A of the present embodiment, the curvature of the incident surface 30Ai is set to zero.
[0042]
Next, the conic constant K is obtained. In the light source device 150A of the present embodiment, the conic constant K is set to a condition under which parallel light is emitted by performing simulation using the equation (2) while changing its value. In this simulation, when the light beam emitted from the light source device 150A is condensed by an ideal lens having no aberration, the condition that the light spot diameter at the condensing point is the smallest is the condition under which substantially parallel light is emitted. It can be considered. Practically, there is no problem even if the light spot diameter at the condensing point is within about 100 μm as a condition for emitting substantially parallel light.
[0043]
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the conical constant K obtained as a result of the simulation and the refractive index n of the aspherical lens 30A. In FIG. 4, the value of the conic constant K is shown in the range of 1.45 to 1.95, which is a general refractive index n as the lens material of the aspherical lens. In the curves CA1 to CA6, the shape of the reflecting surface 24R is different. The shape of the reflecting surface 24R of the elliptical reflector can be expressed using the same expression (3) as the expression (2) described above.
[0044]
[Formula 13]

[0045]
Where r _R , Z _R Is the coordinate value in the rθZ cylindrical coordinate system that is the object of the axis of the light source optical axis 20ax with the intersection point of the reflecting surface 24R and the light source optical axis 20ax as the origin. C _R Is the paraxial curvature of the elliptical reflector, K _R Is the conic constant. The curves CA1 to CA6 are respectively the conic constant K of the reflecting surface 24R in the equation (3). _R Is a value in the case of -0.50, -0.54, -0.66, -0.70, -0.80, -0.89.
[0046]
As can be seen from FIG. 4, in the light source device 150A of the present embodiment, the conic constant K _R Is -0.8 <K _R When an elliptical reflector having a reflecting surface 24R in the range of <−0.5 is used, the aspherical conical constant K of the aspherical lens 30A is in the range of −0.55 <K <−1, that is, a rotating ellipse. A surface shape is preferred.
[0047]
Further, as shown by a curve CA6 in FIG. 4, in the formula (3), the conic constant K of the reflecting surface 24R. _R Is −0.89, the conic constant K is K <−1 when the refractive index n of the aspherical lens 30A is 1.45 ≦ n <1.84, and K = −1 when n = 1.84. 1 and K <−1 when n> 1.84. That is, in this case, the aspherical surface of the aspherical lens is a spheroidal surface in the region of n <1.84, a paraboloidal shape in the case of n = 1.84, and in the region of n> 1.84. Rotating hyperboloid shape. At this time, K _R Is close to 1, that is, the shape of the reflecting surface 24R of the elliptical reflector is close to a paraboloid. In this case, the light reflected by the reflecting surface 24R is almost in the state of parallel light without being collimated by the lens. Therefore, there is little need for parallelization using an aspheric lens. In this case, since the diameter of the aspherical lens is relatively large, the diameter of the light beam emitted from the aspherical lens is also relatively large. Therefore, the effect of downsizing the optical system after the light source device cannot be expected so much. Because of this, K _R If is close to 1, it is considered impractical. However, if it is necessary to obtain a light bundle with high parallelism, K _R Even when is close to 1, it is conceivable to use the aspherical lens 30A as in this embodiment.
[0048]
In the light source device 150A according to the present embodiment, as shown in FIG. 3, the aspheric second focal point Fe2 of the aspherical lens 30A does not coincide with the second focal point FR2 of the reflecting surface 24R of the elliptical reflector. This is because light traveling toward the second focal point FR2 of the elliptical reflector is refracted by the incident surface 30Ai of the aspherical lens 30A. When light directed to the second focal point FR2 of the elliptical reflector is refracted only by the aspherical portion of the aspherical lens as in the light source device 150B according to another embodiment to be described later, the aspherical second focal point is used. Fe2 coincides with the second focal point FR2 of the reflecting surface of the elliptical reflector.
[0049]
As described above, in the light source device 150A according to the present embodiment, the shape of the aspherical surface of the exit surface 30Ao of the aspherical lens 30A satisfies the relationship of Expression (2) ignoring the third term on the left side of Expression (1). Unlike the conventional light source device, the light having a high degree of parallelism can be emitted by adopting the shape to be formed, that is, by adopting the rotating quadric surface shape. In the light source device 150A of the present embodiment, the aspherical conical constant K of the aspherical lens 30A is preferably a spheroidal shape.
[0050]
B. Light source device 150B:
FIG. 5 is an explanatory view showing a modification of the light source device 150A according to the first embodiment shown in FIG. 2 and FIG. In the light source device 150A, the incident surface 30Ai of the aspherical lens 30A is flat, but in this embodiment, the incident surface 30Bi of the aspherical lens 30B is spherical. Since the configuration other than the aspherical lens 30B is the same as that of the light source device 150A according to the first embodiment, the same reference numerals as those used in FIGS. To do.
[0051]
In the light source device 150B according to the present embodiment, the light beam emitted from the first focal point FR1 of the reflecting surface 24R of the elliptical reflector and reflected by the reflecting surface 24R proceeds in the direction of the second focal point FR2 of the reflecting surface 24R, and is aspherical. Parallelized by the lens 30B. In FIG. 5, Fe1 and Fe2 are the first and second focal points of the aspherical surface of the aspherical lens 30B, respectively.
[0052]
The spherical surface of the incident surface 30Bi of the aspheric lens 30B is a spherical surface centered on the second focal point FR2 of the reflecting surface 24R of the elliptical reflector. Further, the exit surface 30Bo of the aspheric lens 30B has a rotating quadratic curved surface shape that satisfies the relationship of Expression (2), and has a high degree of parallelism as in the case of the light source device 150A according to the first embodiment. It is possible to emit light. If an aspherical lens 30B having curved surfaces with different shapes is used for the entrance surface 30Bi and the exit surface 30Bo as in this embodiment, the manufacturing cost of the lens increases. However, in the light source device 150B of the present embodiment, the reflected light from the reflecting surface 24R of the elliptical reflector is perpendicularly incident on the incident surface 30Bi of the aspherical lens 30B. Therefore, in the aspherical lens 30B, the reflecting surface 24R of the elliptical reflector is used. The reflected light from is only changed once in the traveling direction on the exit surface 30Bo. Therefore, the light source device 150B of the present embodiment is advantageous in that a light bundle with higher parallelism can be obtained.
[0053]
The aspheric rotational quadric surface shape of the aspheric lens 30B in the present embodiment is determined by the following method based on Equation (2).
[0054]
First, the shape of the reflecting surface 24R of the elliptical reflector, the curvature of the incident surface 30Bi of the aspherical lens 30B, the refractive index n of the aspherical lens 30B, the thickness of the central part of the aspherical lens 30B, and the aspherical lens 30B. The value of the approximate curvature c is obtained in consideration of the installation position. Specifically, the shape of the reflecting surface 24R, the curvature of the incident surface 30Bi of the aspheric lens 30B, the refractive index n of the aspheric lens 30B, the thickness of the central portion of the aspheric lens 30B, and the aspheric lens 30B. The installation position is determined in advance. When a spherical concave lens having the same curvature, refractive index, and central thickness is used at a predetermined position with respect to an elliptical reflector having the same shape as the predetermined reflecting surface 24R. The curvature that can be converted into parallel light in the paraxial region (region near the rotation axis) is obtained. The value of the curvature thus obtained becomes the approximate curvature c.
[0055]
Next, the conic constant K is obtained. Here, as shown by a curve CB in FIG. 6, in the light source device 150B of the present embodiment, unlike the light source device 150A according to the first embodiment, the shape of the reflecting surface 24R of the elliptical reflector is changed. However, the relationship between the refractive index n of the aspherical lens 30B and the conical constant K does not change. This is due to the difference between the shape (plane) of the entrance surface 30Ai of the aspheric lens 30A shown in FIG. 3 and the shape (sphere) of the entrance surface 30Bi of the aspheric lens 30B shown in FIG. That is, in the aspherical lens 30A shown in FIG. 3, since the incident surface 30Ai is a flat surface, the traveling direction of the reflected light from the reflecting surface 24R is changed by refraction at the incident surface 30Ai. On the other hand, in the aspherical lens 30B shown in FIG. 5, since the incident surface 30Bi is a spherical surface, the reflected light from the reflecting surface 24R is incident so as to intersect the incident surface 30Bi substantially perpendicularly, and the traveling direction does not change. As a result, in the curve CB, even if the shape of the reflecting surface 24R of the elliptical reflector is changed, the relationship between the refractive index n of the aspheric lens 30B and the conical constant K is constant. Note that the conical constant K of the aspherical surface of the aspherical lens 30B shown in FIG. 6 is approximately K = −1 / n. ² It has been determined by.
[0056]
Therefore, in this embodiment, the conic constant K is K = −1 / n. ² There is no need to perform a simulation as in the first embodiment.
[0057]
Further, as can be seen from FIG. 6, in the light source device 150B of the present embodiment, the aspherical conical constant K of the aspherical lens 30B is in the range of −0.55 <K <−0.3. Therefore, when the incident surface 30Bi of the aspherical lens 30B is a spherical surface and the exit surface 30Bo is an aspherical surface as in the light source device 150B of the present embodiment, the aspherical surface is preferably a spheroidal shape.
[0058]
In the light source device 150B according to the present embodiment, the light traveling toward the second focal point FR2 of the elliptical reflector is not refracted by the incident surface 30Bi of the aspherical lens 30B, and thus the second aspherical surface of the aspherical lens 30B. The focal point Fe2 substantially coincides with the second focal point FR2 of the reflecting surface 24R of the elliptical reflector.
[0059]
As described above, in the light source device 150B according to the present embodiment, the shape of the aspheric surface of the exit surface 30Bo of the aspheric lens 30B satisfies the relationship of Expression (2) ignoring the third term on the left side of Expression (1). Unlike the conventional light source device, the light having a high degree of parallelism can be emitted by adopting the shape to be formed, that is, by adopting the rotating quadric surface shape. Further, in the light source device 150B of the present embodiment, the reflected light from the reflecting surface 24R of the elliptical reflector is perpendicularly incident on the incident surface 30Bi of the aspherical lens 30B, so that a light bundle with higher parallelism can be obtained. It is. In the light source device 150B of the present embodiment, the aspherical conical constant K of the aspherical lens 30B is preferably a spheroidal shape.
[0060]
C. Light source device 150C:
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a light source device 150C according to the third embodiment of the present invention. FIG. 8 is an explanatory diagram showing the relationship between the reflecting surface 24R of the elliptical reflector of the light source device 150C shown in FIG. 7 and the aspherical lens 30C. In the light source device 150A according to the first embodiment, the incident surface 30Ai of the aspherical lens 30A is flat and the exit surface 30Ao is aspherical. However, in this embodiment, the incident surface 30Ci of the aspherical lens 30C is aspherical. The emission surface 30Co is a flat surface. Since the configuration other than the aspherical lens 30C is the same as that of the light source device 150A according to the first embodiment, the same reference numerals as those used in FIGS. To do.
[0061]
In the light source device 150C according to the present embodiment, the light beam emitted from the first focal point FR1 of the reflecting surface 24R of the elliptical reflector and reflected by the reflecting surface 24R proceeds in the direction of the second focal point FR2 of the reflecting surface 24R, and is aspherical. Parallelized by the lens 30C. In FIG. 8, Fh1 and Fh2 are the first and second aspherical focal points of the aspherical lens 30C, respectively.
[0062]
In the light source device 150C of the present embodiment, the incident surface 30Ci of the aspherical lens 30C has a rotating quadratic curved surface shape that satisfies the relationship of Expression (2). In the case of the light source device 150A according to the first embodiment, Similarly, it is possible to emit light with high parallelism.
[0063]
As can be seen from the comparison between FIG. 7 and FIG. 2, the light source device 150 </ b> A according to the first embodiment can reduce the diameter of the emitted light bundle compared to the light source device 150 </ b> C according to the present embodiment. This is advantageous. That is, the diameter 30ALD of the light beam emitted from the exit surface 30Ao of the aspheric lens 30A is smaller than the diameter of the light beam incident on the incident surface 30Ai. This is because when the distance between the elliptical reflector and the aspherical lens 30A and the distance between the elliptical reflector and the aspherical lens 30C are set to approximately the same level, the reflection at the incident surface 30Ci of the aspherical lens 30C in FIG. This is because the reflected light beam bundle on the exit surface 30Ao of the aspherical lens 30A in FIG. 2 is condensed and smaller than the light beam bundle. Therefore, if the light source device 150A according to the first embodiment is used in an illumination optical system or a projector as described later, the configuration of each part after the light source device can be reduced as a whole.
[0064]
Further, the light source device 150A according to the first embodiment has a more in-plane illuminance distribution than the light source device 150C according to the present embodiment, as can be seen from the distribution of the trajectories of the light rays shown in FIGS. 7 and 2, respectively. This is advantageous in that it is emitted as a uniform light beam. This is because the exit surface 30Ao is concave in the aspheric lens 30A of FIG. 2, and the entrance surface 30Ci is concave in the aspheric lens 30C of FIG. That is, in the light source device 150A according to the first embodiment shown in FIG. 2, the incident angle of the light beam incident on the aspheric lens 30A is not so different between the center and the periphery of the aspheric lens 30A. On the other hand, in the light source device 150C according to the second embodiment shown in FIG. 7, the incident angle of the light beam incident on the aspheric lens 30C is significantly different between the center and the periphery of the aspheric lens 30C. For this reason, in the light source device 150C, an intensity distribution is easily generated in the emitted light bundle.
[0065]
Furthermore, the light source device 150A according to the first embodiment is more advantageous than the light source device 150C of the present embodiment in that the manufacturing cost can be reduced. In general, the aspherical part of an aspherical lens requires a considerable degree of accuracy, and the smaller the aspherical part, the cheaper it can be made. For this reason, it can be said that the light source device 150A using the aspheric lens 30A having a small aspheric surface portion is more practical because it can be manufactured at low cost.
[0066]
However, the light source device 150C of the present embodiment has an advantage that it is easy to obtain a light bundle with higher parallelism than when the light source device 150A according to the first embodiment is used. That is, the light beam emitted from the light source device 150A is emitted through two changes in the traveling direction due to refraction at the entrance surface 30Ai and the exit surface 30Ao of the aspheric lens 30A. On the other hand, the light beam emitted from the light source device 150C is emitted after changing the traveling direction only once due to refraction at the incident surface 30Ci of the aspherical lens 30C. Therefore, if the light source device 150C is used, it is possible to obtain a light bundle with a considerably high degree of parallelism. Therefore, when it is necessary to obtain a light bundle with higher parallelism, it is better to use the light source device 150C of this embodiment. The light source device 150B according to the second embodiment is the same in that a light bundle with higher parallelism can be obtained. However, one surface of the aspherical lens 30C of the light source device 150C according to the present embodiment is flat. Therefore, the light source device 150C of this embodiment is more advantageous in terms of manufacturing cost.
[0067]
The aspheric rotational quadric surface shape of the aspheric lens 30C in the present embodiment is determined by the following method based on the equation (2).
[0068]
First, considering the shape of the reflecting surface 24R of the elliptical reflector, the refractive index n of the aspheric lens 30C, the thickness of the central portion of the aspheric lens 30C, and the installation position of the aspheric lens 30C, the approximate curvature c Find the value. Specifically, the shape of the reflecting surface 24R, the refractive index n of the aspheric lens 30C, the thickness of the central portion of the aspheric lens 30C, and the installation position of the aspheric lens 30C are determined in advance. When a spherical concave lens having the same refractive index and the same central thickness is used at a predetermined position for an elliptical reflector having the same shape as that of the reflecting surface 24R determined in advance, there is no spherical aberration. For example, the curvature that can be converted into parallel light is obtained. The value of the curvature thus obtained becomes the approximate curvature c.
[0069]
Next, the conic constant K is obtained. Here, as shown by a curve CC in FIG. 9, in the light source device 150C of the present embodiment, unlike the light source device 150A according to the first embodiment, the shape of the reflecting surface 24R of the elliptical reflector is changed. However, the relationship between the refractive index n of the aspherical lens 30C and the conical constant K does not change. This is due to the difference between the shape (plane) of the entrance surface 30Ai of the aspheric lens 30A shown in FIG. 3 and the shape (aspheric surface) of the entrance surface 30Ci of the aspheric lens 30C shown in FIG. That is, in the aspherical lens 30A shown in FIG. 3, since the incident surface 30Ai is a flat surface, the reflected light from the reflecting surface 24R has a traveling direction that is non-parallel to the optical axis 20ax due to refraction at the incident surface 30Ai. Refracted at the exit surface 30Ao. On the other hand, in the aspherical lens 30C shown in FIG. 8, since the incident surface 30Ci is an aspherical surface set based on the formula (2), the reflected light from the reflecting surface 24R travels by refraction at the incident surface 30Ci. Are substantially parallel to each other, and the exit surface 30Co hardly receives a refraction action. As a result, in the curve CC, even if the shape of the reflecting surface 24R of the elliptical reflector is changed, the relationship between the refractive index n of the aspheric lens 30C and the conical constant K is constant. It should be noted that the aspherical conical constant K of the reflecting surface of the aspheric lens 30C shown in FIG. 9 is approximately K = −n. ² It has been determined by.
[0070]
Therefore, in this embodiment, the conic constant K is K = −n ² There is no need to perform a simulation as in the first embodiment.
[0071]
Further, as can be seen from FIG. 9, in the light source device 150C of the present embodiment, the aspherical conical constant K of the aspherical lens 30C is in the range of −2.1 <K <−3.8. Therefore, when the incident surface 30Ci is an aspherical surface as in the light source device 150C of the present embodiment, it is preferable that the aspherical surface has a rotational hyperboloid shape. The straight line P and straight line Q in FIG. 8 are the asymptotic lines of the rotation hyperbola (the rotation hyperbola that forms part of the entrance surface 30Ci of the aspheric lens 30C), and the curve R represents the other rotation hyperbola. These are shown for easy understanding of the aspherical surface being a rotational hyperboloid shape.
[0072]
In the light source device 150C according to the present embodiment, the light traveling toward the second focal point FR2 of the elliptical reflector is light that is parallel to the light source optical axis 20ax at the incident surface 30Ci of the aspheric lens 30C, and is refracted at the exit surface 30Co. Therefore, the second aspherical focal point Fh2 of the aspherical lens 30C substantially coincides with the second focal point FR2 of the reflecting surface 24R of the elliptical reflector.
[0073]
As described above, in the light source device 150C according to the present embodiment, the shape of the aspherical surface of the incident surface 30Ci of the aspherical lens 30C satisfies the relationship of Expression (2) ignoring the third term on the left side of Expression (1). Unlike the conventional light source device, the light having a high degree of parallelism can be emitted by adopting the shape to be formed, that is, by adopting the rotating quadric surface shape. In the light source device 150C of the present embodiment, the reflected light from the reflecting surface 24R of the elliptical reflector is converted into light parallel to the light source optical axis 20ax by the incident surface 30Ci of the aspherical lens 30C, and has a refracting action on the exit surface 30Co. Therefore, it is possible to obtain a light bundle with higher parallelism. In the light source device 150C of the present embodiment, the aspheric conical constant K of the aspheric lens 30C is preferably a rotational hyperboloid shape.
[0074]
D. Light source device 150D:
FIG. 10 is an explanatory view showing a modification of the light source device 150C according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 7 and FIG. In the light source device 150D according to the present embodiment, the aspherical lens 30D is installed at a position where the reflected light reflected by the reflecting surface 24R of the elliptical reflector once converges at the second focal point FR2 and diverges. In the light source device 150D of the present embodiment, the configuration other than the aspherical lens 30D is the same as that of the light source device 150A according to the first embodiment, and therefore the same reference numerals as those used in FIGS. A detailed description thereof will be omitted.
[0075]
In the light source device 150D according to the present embodiment, the light beam emitted from the first focal point FR1 of the reflecting surface 24R of the elliptical reflector and reflected by the reflecting surface 24R is condensed at the second focal point FR2 of the reflecting surface 24R, Parallelized by the aspheric lens 30D. In the aspheric lens 30D, the incident surface 30Di is an aspherical convex surface, and the exit surface 30Do is a flat surface. In FIG. 10, Fh1 and Fh2 are the first and second aspherical focal points of the aspherical lens 30D, respectively.
[0076]
In the light source device 150D of the present embodiment, the incident surface 30Di of the aspherical lens 30D has a rotating quadratic curved surface shape that satisfies the relationship of Expression (2). In the light source device 150C according to the third embodiment, Similarly, it is possible to emit light with high parallelism.
[0077]
As can be seen from the comparison between FIG. 10 and FIG. 8, the light source device 150 </ b> D according to the present embodiment can reduce the diameter of the emitted light bundle compared to the light source device 150 </ b> C according to the third embodiment. This is advantageous. This is because the aspherical lens 30D can be disposed at a position where the light condensed at the focal point FR2 does not diverge larger than the opening area of the reflecting surface 24R. Therefore, if the light source device 150D is used in an illumination optical system or projector as will be described later, the optical elements disposed after the light source device can be reduced. Furthermore, the light source device 150D according to the present embodiment is more advantageous than the light source device 150C according to the third embodiment in that the manufacturing cost can be reduced because the aspheric surface portion is small. However, the distance between the elliptical reflector and the aspherical lens 30D becomes larger than that in the light source device 150C according to the third embodiment.
[0078]
Further, when compared with the light source device 150A according to the first embodiment, the light source device 150D of the present embodiment is disadvantageous in that an intensity distribution is easily generated in the emitted light bundle, whereas The advantage that it is easier to obtain a light bundle having a higher degree of parallelism than the light source device 150A according to the first embodiment is the same as that of the light source device 150C according to the third embodiment. In addition, when compared with the light source device 150B according to the second embodiment, the light source device 150D according to the present embodiment is more advantageous in terms of manufacturing cost, as compared with the case of the light source device 150C according to the third embodiment. It is the same.
[0079]
The aspheric rotational quadratic curved surface shape of the aspheric lens 30D in the present embodiment is the same method as the aspheric shape of the aspheric lens 30C of the light source device 150C according to the third embodiment, based on Expression (2). Determined by.
[0080]
Also in the light source device 150D of the present embodiment, as in the case of the light source device 150C, it is preferable that the aspherical conical constant K of the aspherical lens 30D is a rotational hyperboloid shape. The straight line P and straight line Q in FIG. 10 are asymptotic lines of the rotation hyperbola (rotation hyperbola that forms part of the entrance surface 30Di of the aspherical lens 30D), and the curve R indicates the other rotation hyperbola. These are shown for easy understanding of the aspherical surface being a rotational hyperboloid shape.
[0081]
In the light source device 150D according to the present embodiment, since the light traveling toward the second focal point FR2 of the elliptical reflector is not refracted by the aspherical lens 30D, the aspherical second focal point Fh2 of the aspherical lens 30D is This substantially coincides with the second focal point FR2 of the reflecting surface 24R of the elliptical reflector.
[0082]
As described above, in the light source device 150D according to the present embodiment, the shape of the aspherical surface of the incident surface 30Di of the aspherical lens 30D satisfies the relationship of Expression (2) ignoring the third term on the left side of Expression (1). Unlike the conventional light source device, the light having a high degree of parallelism can be emitted by adopting the shape to be formed, that is, by adopting the rotating quadric surface shape. In the light source device 150D of the present embodiment, the reflected light from the reflecting surface 24R of the elliptical reflector is converted into light parallel to the light source optical axis 20ax by the incident surface 30Di of the aspherical lens 30D, and has a refracting action on the exit surface 30Do. Since it is not received, it is possible to obtain a light bundle with higher parallelism as in the case of the light source device 150C according to the third embodiment. In the light source device 150D of the present embodiment, the aspherical conical constant K of the aspherical lens 30D is preferably a rotational hyperboloid.
[0083]
In this embodiment, the incident surface 30Di of the aspheric lens is a convex surface and the exit surface 30Do is a flat surface. Conversely, an aspheric lens having the incident surface of the aspheric lens as a plane and the exit surface as a convex surface may be used. it can. In this case, it is determined by the same method as the aspherical shape of the aspherical lens 30A of the light source device 150A according to the first embodiment. At this time, the focal point of the aspherical surface does not coincide with the second focal point FR2 of the reflecting surface 24R of the elliptical reflector as in the case of the first embodiment. Similarly to the light source device 150B according to the second embodiment, the incident surface of the aspherical lens can be a spherical concave surface, and the exit surface can be an aspherical convex surface. In this way, as in the case of the second embodiment, a light bundle having higher parallelism can be obtained. In this case, the concave surface may be a spherical surface centered on the second focal point FR2 of the elliptical reflector 24.
[0084]
E. Illumination optics:
FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a main part of an illumination optical system to which the light source device 150A according to the first embodiment of the present invention is applied when viewed in plan. An illumination optical system 100 shown in FIG. 11 is an illumination optical system suitable for a projector including an illumination area LA such as a liquid crystal panel described later.
[0085]
The illumination optical system 100 includes a light source device 150A, a first lens array 40, a second lens array 50, a polarization generating optical system 60, and a superimposing lens 70. The optical elements are arranged in this order along the system optical axis 100ax. However, among these optical elements, the light source device 150A, the first lens array 40, and the second lens array 50 are arranged with reference to the light source optical axis 20ax. The light source optical axis 20ax is shifted substantially parallel to the system optical axis 100ax, which is the central axis of the light bundle emitted from the optical element after the polarization generating optical system 60, by a predetermined shift amount Dp in the x direction in the figure. . This deviation amount Dp will be described later.
[0086]
The first lens array 40 has a function of dividing substantially parallel light emitted from the aspherical lens 30A into a plurality of partial light bundles and condensing each partial light bundle in the vicinity of the second lens array 50, respectively. Have. In addition, the second lens array 50 has a function of aligning the central axes of the partial light bundles emitted from the first lens array 40 so as to be substantially parallel to the system optical axis 100ax.
[0087]
FIG. 12 is a perspective view showing the appearance of the first lens array 40. The first lens array 40 has a configuration in which first small lenses 42 having a substantially rectangular outline are arranged in a matrix of M rows and N columns. FIG. 12 shows an example where M = 5 and N = 4. The outer shape of each first small lens 42 viewed from the z direction is usually set so as to be substantially similar to the shape of the illumination area LA. For example, assuming a liquid crystal panel as the illumination area LA and the aspect ratio (ratio between horizontal and vertical dimensions) of the effective area of the image is 4: 3, the aspect ratio of the first small lens 42 is also 4: 3. Set to. In the second lens array 50 of FIG. 11, the second small lenses 52 are arranged in a matrix of M rows and N columns so as to correspond to the first small lenses 42 of the first lens array 40. It has a configuration.
[0088]
As shown in FIG. 11, a plurality of (M × N) partial beam bundles divided by the first small lenses 42 of the first lens array 40 are in the vicinity of the second lens array 50, that is, The light is collected in the polarization generation optical system 60.
[0089]
FIG. 13 is an explanatory diagram showing the polarization generating optical system 60. FIG. 13A shows a perspective view of the polarization generating optical system 60, and FIG. 13B shows a part of the plan view thereof. The polarization generation optical system 60 includes a light shielding plate 62, a polarization beam splitter array 64, and a selective phase difference plate 66.
[0090]
As shown in FIG. 13A, the polarization beam splitter array 64 is configured by bonding a plurality of columnar translucent plates 64c having a substantially parallelogram-shaped cross section. Polarization separation films 64a and reflection films 64b are alternately formed at the interface of each light-transmitting plate 64c. A dielectric multilayer film is used as the polarization separation film 64a. The reflective film 64b is a dielectric multilayer film or a metal film such as aluminum.
[0091]
The light shielding plate 62 includes a light shielding surface 62b and an opening surface 62a arranged in a stripe shape. The light shielding plate 62 has a function of shielding the light beam incident on the light shielding surface 62b and allowing the light beam incident on the opening surface 62a to pass therethrough. The light shielding surface 62b and the opening surface 62a allow the partial light flux emitted from the second lens array 50 (FIG. 11) to enter only the polarization separation film 64a of the polarization beam splitter array 64 and not to the reflection film 64b. Are arranged as follows. Specifically, as shown in FIG. 13B, the center of the opening surface 62 a of the light shielding plate 62 is arranged so as to substantially coincide with the center of the polarization separation film 64 a of the polarization beam splitter array 64. The opening width in the x direction of the opening surface 62a is set to be approximately equal to the size Wp in the x direction of the polarization separation film 64a. At this time, almost all of the light beam that has passed through the opening surface 62a of the light shielding plate 62 is incident only on the polarization separation film 64a, and is not incident on the reflection film 64b. As the light shielding plate 62, a flat transparent body (for example, a glass plate) on which a light shielding film (for example, a chromium film, an aluminum film, a dielectric multilayer film, etc.) is partially formed can be used. . Moreover, you may use what provided the opening part in the light-shielding flat plate like an aluminum plate.
[0092]
Each partial beam bundle emitted from the second lens array 50 (FIG. 11) has a principal ray (central axis) substantially parallel to the system optical axis 100ax as shown by a solid line in FIG. 13B. The light enters the opening surface 62 a of 62. The partial light flux that has passed through the aperture surface 62a is incident on the polarization separation film 64a. The polarization separation film 64a separates the incident partial beam bundle into an s-polarized partial beam bundle and a p-polarized partial beam bundle. At this time, the p-polarized partial beam is transmitted through the polarization separation film 64a, and the s-polarized partial beam is reflected by the polarization separation film 64a. The partial beam of s-polarized light reflected by the polarization separation film 64a travels toward the reflection film 64b and is further reflected by the reflection film 64b. At this time, the p-polarized partial beam bundle transmitted through the polarization separation film 64a and the s-polarized partial beam bundle reflected by the reflective film 64b are substantially parallel to each other.
[0093]
The selective retardation plate 66 is composed of an opening layer 66a and a λ / 2 retardation layer 66b. The opening layer 66a is a portion where the λ / 2 retardation layer 66b is not formed. The opening layer 66a has a function of transmitting incident linearly polarized light as it is. On the other hand, the λ / 2 retardation layer 66b has a function as a polarization conversion element that converts incident linearly polarized light into linearly polarized light whose polarization directions are orthogonal. In the present embodiment, as shown in FIG. 13B, the p-polarized partial light beam transmitted through the polarization separation film 64a is incident on the λ / 2 retardation layer 66b. Therefore, the p-polarized partial light beam is converted into an s-polarized partial light beam and emitted from the λ / 2 retardation layer 66b. On the other hand, since the s-polarized partial beam bundle reflected by the reflective film 64b enters the aperture layer 66a, it is emitted as the s-polarized partial beam bundle. That is, most of the non-polarized partial light bundle incident on the polarization generating optical system 60 is converted into an s-polarized partial light bundle and emitted. Note that by arranging the λ / 2 phase difference layer 66b only on the exit surface of the s-polarized partial light beam reflected by the reflective film 64b, most of the partial light beam incident on the polarization generating optical system 60 is converted into p-polarized light. It can also be converted into a partial beam and emitted. The selective retardation plate 66 is not provided with anything in the opening layer 66a, and the λ / 2 retardation layer 66b is simply attached to the exit surface of the p-polarized partial beam bundle or the s-polarized partial beam bundle. It may be anything.
[0094]
As can be seen from FIG. 13B, the center of the two s-polarized lights emitted from the polarization generating optical system 60 is in the x direction from the center of the incident non-polarized light (s-polarized light + p-polarized light). It is off. This shift amount is equal to half of the width Wp of the λ / 2 retardation layer 66b (that is, the size of the polarization separation film 64a in the x direction). For this reason, as shown in FIG. 11, the light source optical axis 20ax and the system optical axis 100ax are set at positions shifted by a distance Dp equal to Wp / 2.
[0095]
As described above, the plurality of partial beam bundles emitted from the second lens array 50 are separated into two partial beam bundles for each partial beam bundle by the polarization generation optical system 60, and the polarization directions thereof are aligned. It is converted into almost one type of linearly polarized light.
[0096]
A plurality of partial light bundles whose polarization directions are substantially aligned are superimposed on the illumination area LA by the superimposing lens 70 shown in FIG. As can be seen from the above description, the first lens array 40, the second lens array 50, and the superimposing lens 70 constitute a so-called integrator optical system. Thereby, it is possible to make the intensity distribution of the light irradiated to the illumination area LA substantially uniform.
[0097]
The light source device 150A of the present embodiment can emit substantially parallel light, as will be described below. Therefore, in the illumination optical system 100 of FIG. 11, the second lens array 50 and the light shielding plate 62 having a function of correcting or removing light with poor parallelism may be omitted.
[0098]
As described above, the light source device 150A can emit light with high parallelism. Therefore, in the illumination optical system 100 of this embodiment, it is possible to improve the light utilization efficiency. The same effect can be obtained when the light source devices 150B to 150D are used in the illumination optical system 100 as described above instead of the light source device 150A.
[0099]
The illumination optical system 100 according to the present embodiment includes a uniform illumination optical system including the lens arrays 40 and 50 and the superimposing lens 70, and a polarization generation optical system 60. You may use independently, respectively, without combining with an optical system and a polarization generating optical system. Further, the light source devices 150A to 150D can be combined with only a uniform illumination optical system to constitute an illumination optical system. That is, the light source devices 150 </ b> A to 150 </ b> D can be applied to an illumination optical system that does not include the polarization generating optical system 60.
[0100]
F. projector:
FIG. 14 is a schematic configuration diagram of a main part of a projector using the illumination optical system 100 of FIG. The projector 1000 includes an illumination optical system 100, a color light separation optical system 200, a relay optical system 220, three liquid crystal light valves 300R, 300G, and 300B, a cross dichroic prism 320, and a projection optical system 340. Yes. The light emitted from the illumination optical system 100 is separated into three color lights of red (R), green (G), and blue (B) in the color light separation optical system 200. Each separated color light is modulated corresponding to image information in the liquid crystal light valves 300R, 300G, and 300B. The modulated color lights are combined by the cross dichroic prism 320, and an image is projected and displayed on the screen SC by the projection optical system 340.
[0101]
As described with reference to FIG. 1, the illumination optical system 100 emits linearly polarized light (s-polarized light) whose polarization directions are aligned, and the liquid crystal light valves 300R and 300G corresponding to the illumination area LA of FIG. , 300B. Each of the liquid crystal light valves 300R, 300G, and 300B of the present embodiment is configured by a liquid crystal panel corresponding to the electro-optical device in the present invention and polarizing plates disposed on the light incident surface side and the light emission surface side. Yes. The polarizing plate arranged on each light incident surface side of the liquid crystal panel is for increasing the polarization degree of the illumination light, and the polarization direction of the linearly polarized light emitted from the illumination optical system 100 is transmitted through the polarizing plate. It arrange | positions so that it may correspond with an axial direction.
[0102]
The color light separation optical system 200 includes two dichroic mirrors 202 and 204 and a reflection mirror 208, and separates a light bundle emitted from the illumination optical system 100 into three color lights of red, green, and blue. Has the function of The first dichroic mirror 202 transmits the red light component of the light emitted from the illumination optical system 100 and reflects the blue light component and the green light component. The red light R transmitted through the first dichroic mirror 202 is reflected by the reflection mirror 208 and emitted toward the cross dichroic prism 320. The red light R emitted from the color light separation optical system 200 passes through the field lens 232 and reaches the liquid crystal light valve 300R for red light. The field lens 232 converts each partial light beam emitted from the illumination optical system 100 into a light beam parallel to the central axis. The same applies to the field lenses 234 and 230 provided in front of other liquid crystal light valves.
[0103]
Of the blue light B and green light G reflected by the first dichroic mirror 202, the green light G is reflected by the second dichroic mirror 204 and emitted from the color light separation optical system 200 toward the cross dichroic prism 320. The The green light G emitted from the color light separation optical system 200 passes through the field lens 234 and reaches the liquid crystal light valve 300G for green light. On the other hand, the blue light B transmitted through the second dichroic mirror 204 is emitted from the color light separation optical system 200 and enters the relay optical system 220.
[0104]
The blue light B incident on the relay optical system 220 passes through the incident side lens 222, the relay lens 226, the reflection mirrors 224 and 228, and the emission side lens (field lens) 230 provided in the relay optical system 220. Reach the light valve 300B. The reason why the relay optical system 220 is used for the blue light B is that the length of the optical path of the blue light B is larger than the length of the optical paths of the other color lights. The blue light B incident on the side lens 222 can be transmitted to the exit side lens 230 as it is.
[0105]
The three liquid crystal light valves 300R, 300G, and 300B have a function as a light modulation unit that forms an image by modulating light of three colors according to given image information (image signal). The cross dichroic prism 320 has a function as a color light combining optical system that combines three color lights modulated through the liquid crystal light valves 300R, 300G, and 300B to form a color image. In the cross dichroic prism 320, a red light reflecting dichroic surface 321 and a blue light reflecting dichroic surface 322 are formed in a substantially X shape at the interface of four right angle prisms. A dielectric multilayer film that reflects red light is formed on the red light reflecting dichroic surface 321. On the blue light reflecting dichroic surface 322, a dielectric multilayer film that reflects blue light is formed. The red light reflecting dichroic surface 321 and the blue light reflecting dichroic surface 322 combine the three color lights to form combined light for projecting a color image.
[0106]
The combined light generated by the cross dichroic prism 320 is emitted in the direction of the projection optical system 340. The projection optical system 340 projects the combined light emitted from the cross dichroic prism 320 and displays a color image on the screen SC. Note that a telecentric lens can be used as the projection optical system 340.
[0107]
In the projector 1000, the illumination optical system 100 uses a light source device 150A that can emit a light bundle with high parallelism. As a result, the light use efficiency in the projector 1000 can be improved, and a brighter image can be displayed. Similar effects can be obtained when the light source devices 150B to 150D are used instead of the light source device 150A.
[0108]
In the projector 1000 according to the present embodiment, the illumination optical system 100 includes a uniform illumination optical system including the lens arrays 40 and 50 and the superimposing lens 70 and the polarization generation optical system 60, but the light source devices 150A to 150D. May be used alone without being combined with a uniform illumination optical system or a polarization generating optical system. Further, the light source devices 150A to 150D can be combined with only a uniform illumination optical system to constitute an illumination optical system. That is, an illumination optical system that does not include the polarization generating optical system 60 can be applied to the projector 1000 of this embodiment.
[0109]
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.
[0110]
(1) In the light source devices 150A to 150D described above, the aspherical lenses 30A to 30D are disposed at positions away from the opening surface of the elliptical reflector 24, but may be joined to the opening surface. FIG. 15 is an explanatory view showing a light source device 150C ′ in which an aspheric lens is joined to the opening surface of the elliptical reflector. The light source device 150C ′ includes a discharge lamp 22, an elliptical reflector 24, and an aspheric lens 30C ′. The light source device 150C ′ adjusts the aspherical shape of the aspherical lens 30C of the light source device 150C (FIGS. 7 and 8) according to the third embodiment, and also deforms the peripheral portion so as to change the elliptical reflector. It is what was joined to the opening surface. Thus, by arranging the aspherical lens 30C ′ to be joined to the opening surface of the elliptical reflector 24, the light source device 150C ′ can be reduced in size, and the aspherical lens 30C ′ can be connected to the front surface of the light source device 150C ′. It becomes possible to function as glass.
[0111]
Similarly, in the light source devices 150A and 150B according to the first and second embodiments, the aspherical lenses 30A and 30B may be joined to the opening surface of the elliptical reflector 24. However, in the light source device 150D according to the fourth embodiment, when the aspherical lens 30D is joined to the opening surface of the elliptical reflector 24, the light source device becomes large and is not very practical. That is, generally, when the aspherical surface of the aspherical lens is a concave surface, the aspherical lens can be joined to the opening surface of the elliptical reflector 24.
[0112]
(2) Further, in the light source device 150C ′ of FIG. 15, the ultraviolet reflecting film UR is formed on the exit surface 30C′o of the aspheric lens 30C ′. At this time, since the ultraviolet light emitted from the discharge lamp 22 is reflected by the ultraviolet reflecting film UR and returns to the inside of the elliptical reflector 24, it is possible to prevent the ultraviolet light from being emitted from the light source device 150C ′. As a result, for example, when the light source device 150C ′ is applied to the projector 1000, the liquid crystal light valve can be prevented from being deteriorated by ultraviolet rays. In the light source device 150C ′, the ultraviolet light emitted from the discharge lamp 22 is perpendicularly incident on the ultraviolet reflection film UR formed on the emission surface 30C′o of the aspherical lens 30C ′. At this time, the ultraviolet light reflected by the ultraviolet reflecting film UR enters the discharge lamp 22 along the same path. When the ultraviolet light is incident on the center 22c of the discharge lamp 22, the discharge lamp 22 emits light having a longer wavelength than the incident ultraviolet light. Thereby, the intensity of visible light emitted from the light source device 150C ′ can be improved.
[0113]
In FIG. 15, the ultraviolet reflecting film UR is formed on the aspheric lens 30 </ b> C ′ joined to the opening surface of the elliptical reflector 24, but as shown in FIGS. 7 and 8, the opening surface of the elliptical reflector 24 is formed. The present invention can be similarly applied to the case where the aspheric lens 30C is provided at a position away from the lens.
[0114]
Similarly, in the light source devices 150B and 150D according to the second and fourth embodiments, an ultraviolet reflecting film may be formed on the aspheric lenses 30B and 30D. In the light source device 150B, an ultraviolet reflecting film may be formed on the incident surface 30Bi of the aspheric lens 30B. Further, in the light source device 150D, an ultraviolet reflecting film may be formed on the exit surface 30Do of the aspheric lens 30D. At this time, similarly to the light source device 150C ′ in FIG. 15, the ultraviolet light reflected by the ultraviolet reflecting film follows the same path and enters the discharge lamp 22, so that the intensity of visible light can be improved. is there. In general, it is only necessary that an ultraviolet reflecting film is formed on a surface of the incident surface or the exit surface of the aspherical lens on which the ultraviolet light emitted from the discharge lamp is incident substantially from the normal direction.
[0115]
(3) In the illumination optical system 100 (FIG. 11), the first lens array 40 is provided independently. However, the first lens array may be provided on the exit surface of the aspherical lens. . That is, when the light source devices 150C and 150D according to the third or fourth embodiment are used as the light source device of the illumination optical system 100, the exit surfaces 30Co and 30Do of the aspheric lenses 30C and 30D are flat. Therefore, the first lens array can be provided on the exit surface of the aspheric lens. At this time, a plano-convex lens having a plane on the aspherical lens side may be used as each small lens 42 of the first lens array 40 shown in FIG.
[0116]
Note that the present invention can be similarly applied to a case where an aspherical lens is joined to the opening surface of the elliptical reflector as in the light source device 150C ′ shown in FIG. Thus, if the lens array is provided on the exit surface of the aspheric lens, the illumination optical system 100 can be reduced in size. The lens array may be formed directly on the exit surface of the aspheric lens, or may be joined to the exit surface. When the lens array is formed directly on the exit surface of the aspheric lens, there is an advantage that the number of parts can be reduced.
[0117]
(4) Although the projector has been described by taking the case where the illumination optical system of the present invention is applied to a transmissive projector as an example, the present invention can also be applied to a reflective projector. Here, “transmission type” means that an electro-optical device as a light modulation means such as a transmission type liquid crystal panel transmits light, and “reflection type” means a reflection type. This means that the electro-optical device as the light modulation means, such as a liquid crystal panel, is a type that reflects light. In a reflection type projector, the cross dichroic prism is used as a color light separating means for separating light into three colors of red, green, and blue, and the modulated three colors are combined again in the same direction. It is also used as a color light combining means that emits light to When the present invention is applied to a reflection type projector, substantially the same effect as that of a transmission type projector can be obtained.
[0118]
(5) In the above embodiment, the projector 1000 that displays a color image is described as an example. However, the illumination optical system of the present invention can be applied to a projector that displays a monochrome image. Also in this case, the same effect as the projector can be obtained.
[0119]
(6) In the above embodiment, the projector 1000 shows an example in which a liquid crystal panel is used as an electro-optical device, but the invention is not limited to this. In general, the electro-optical device may be any device that modulates incident light in accordance with image information, and a micromirror light modulator or the like may be used. For example, a DMD (digital micromirror device) (trademark of TI) can be used as the micromirror light modulator.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a light source device 150A according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a locus of light rays emitted radially from the center of the discharge lamp 22 in the light source device 150A.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a relationship between a reflecting surface 24R of an elliptical reflector and an aspheric lens 30A in the light source device 150A.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the refractive index n of the aspheric lens 30A and the conic constant K for the light source device 150A.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a relationship between a reflection surface 24R of an elliptical reflector and an aspheric lens 30B in a light source device 150B according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the refractive index n of the aspheric lens 30B and the conical constant K for the light source device 150B.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a locus of light rays emitted radially from the center of a discharge lamp 22 in a light source device 150C according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a relationship between the reflecting surface 24R of the elliptical reflector and the aspherical lens 30C in the light source device 150C.
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the refractive index n of the aspherical lens 30C and the conic constant K for the light source device 150C.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a relationship between a reflecting surface 24R of an elliptic reflector and an aspheric lens 30D in a light source device 150D according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a schematic configuration diagram of the main part of the illumination optical system 100 to which the light source device 150A is applied as viewed in plan.
12 is a perspective view showing an appearance of a first lens array 40. FIG.
13 is an explanatory diagram showing a polarization generating optical system 60. FIG.
14 is a schematic configuration diagram of a main part of a projector 1000 using the illumination optical system 100 of FIG.
FIG. 15 is an explanatory diagram showing a light source device 150C ′ in which an aspheric lens is joined to an opening surface of an elliptical reflector.
[Explanation of symbols]
20ax ... Optical axis of light source
22 ... Discharge lamp
22c ... The center of the discharge lamp
24 ... Elliptic reflector
24R ... reflective surface
25. Light source lamp
30A, 30B, 30C, 30C ', 30D ... aspherical lens
40. First lens array
42 ... Small lens
50. Second lens array
52 ... Small lens
60: Polarization generating optical system
62: Shading plate
62a ... Opening surface
62b ... Light-shielding surface
64: Polarizing beam splitter array
64a ... Polarized light separation film
64b ... reflective film
64c ... Translucent plate material
66 ... Selection phase difference plate
66a ... opening layer
66b ... λ / 2 retardation layer
70 ... Superimposing lens
100: Illumination optical system
100ax ... System optical axis
150A, 150B, 150C, 150C ′, 150D... Light source device
200: Color light separation optical system
202, 204 ... Dichroic mirror
208 ... Reflection mirror
220: Relay optical system
222: Incident side lens
224, 228 ... Reflection mirror
226 ... Relay lens
230 ... Ejection side lens
230, 232, 234 ... Field lens
300R, 300G, 300B ... Liquid crystal light valve
320 ... Cross dichroic prism
321 ... Red light reflecting dichroic surface
322 ... Blue light reflecting dichroic surface
340 ... Projection optical system
1000 ... Projector
LA ... Lighting area
SC ... Screen
UR ... UV reflective film

Claims (10)

A discharge lamp,
An elliptical reflector having a reflecting surface for reflecting light emitted from the discharge lamp;
A lens that collimates the light reflected by the reflecting surface;
The light source device according to claim 1, wherein the lens is an aspherical lens having an aspherical surface having a rotational hyperboloid shape on an incident surface and a flat surface on an exit surface. The light source device according to claim 1 ,
The aspherical surface has coordinate values in an rθZ cylindrical coordinate system in which the intersection of the aspherical surface and the light source optical axis is the origin, the light source optical axis is the Z axis, and the axis orthogonal to the light source optical axis is the r axis. And when the paraxial curvature is c and the conic constant is K,

A light source device having a shape represented by The light source device according to claim 2 ,
The conical constant K is a light source device represented by K = −n ² where n is the refractive index of the aspheric lens. The light source device according to any one of claims 1 to 3 ,
A light source device in which an ultraviolet reflecting film is formed on the exit surface of the aspheric lens. The light source device according to any one of claims 1 to 4 ,
The light source device, wherein the aspheric surface is a concave surface. The light source device according to any one of claims 1 to 5 ,
The light source device, wherein the aspheric lens is bonded to an opening surface of the elliptical reflector. The light source device according to any one of claims 1 to 6 ,
The elliptical reflector origin intersection between the reflecting surface and the light-source optical axis, the light source optical axis Z axis, the coordinate values in rθZ cylindrical coordinate system and an axis is r axis orthogonal to the light-source optical axis r _R , Z _R , paraxial curvature c _R, and conic constant K _R ,

Is a shape represented by
A light source device in which −0.8 <K _R <−0.5. A light source device according to any one of claims 1 to 7 ,
A lens array for dividing the light emitted from the light source device into a plurality of partial light bundles;
A superimposing lens that superimposes the partial beam bundle divided by the lens array on an illumination area;
An illumination optical system comprising: A light source device according to any one of claims 1 to 4 ,
A lens array for dividing the light emitted from the light source device into a plurality of partial light bundles;
A superimposing lens that superimposes the partial beam bundle divided by the lens array on an illumination area;
With
The illumination optical system, wherein the lens array is provided on the exit surface of the aspheric lens. A light source device according to any one of claims 1 to 7 ,
An electro-optical device having a light incident surface as an illumination area illuminated by the light source device, and modulating incident light from the light source device according to image information;
A projection optical system that projects light modulated by the electro-optical device;
A projector comprising:

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